DE112021005336T5 - Vorrichtung zur herstellung eines einkristalls - Google Patents

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Keisuke Mihara
Kazuya Yanase
Nobuaki Mitamura
Kiyotaka Takano
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Shin Etsu Handotai Co Ltd
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Abstract

Die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls, umfassend: eine Hauptkammer; eine Ziehkammer; ein Hitzeschildglied, das so vorgesehen ist, dass es einer Siliziumschmelze zugewandt ist; einen Gleichrichtungszylinder, der auf dem Hitzeschildglied so vorgesehen ist, dass er den hochgezogenen Siliziumeinkristall umschließt; einen Kühlzylinder, der so vorgesehen ist, dass er den hochgezogenen Siliziumeinkristall umgibt, und der einen sich in Richtung der Siliziumschmelze erstreckenden Abschnitt umfasst; und einen Kühlhilfszylinder, der im Inneren des Kühlzylinders angebracht ist. Der sich erstreckende Abschnitt des Kühlzylinders weist eine Bodenfläche auf, die der Siliziumschmelze zugewandt ist. Der Kühlhilfszylinder umfasst mindestens einen ersten Abschnitt, der die Bodenfläche des Kühlzylinders umgibt, und einen zweiten Abschnitt, der einen oberen Endabschnitt des Gleichrichtungszylinders umgibt. Auf diese Weise kann eine Vorrichtung bereitgestellt werden, die in der Lage ist, einen Einkristall mit einer niedrigeren Kohlenstoffkonzentration als bei den herkömmlichen Technologien herzustellen.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls.
  • HINTERGRUND
  • Für die Kommunikation wurde eine Hochfrequenz- (RF-) Vorrichtung wie z. B. ein Mobiltelefon verwendet.
  • In einer RF-Vorrichtung, das einen Siliziumeinkristall-Wafer verwendet, führt ein niedriger spezifischer Widerstand des Substrats zu größeren Verlusten aufgrund einer hohen Leitfähigkeit. Daher wird ein Wafer mit einem hohen spezifischen Widerstand von 1000 Ω cm oder mehr verwendet, d. h. ein Wafer, in dem die Konzentration von Dotierstoffen wie Bor und Phosphor im Verhältnis zum spezifischen Widerstand extrem niedrig ist.
  • Es gibt einen Fall, in dem ein Wafer verwendet wird, bei dem ein dünner Oxidfilm und eine dünne Siliziumschicht in einem Siliziumsubstrat-Oberflächenschichtabschnitt gebildet werden, was als Silizium auf Isolator (SOI) bezeichnet wird. Auch in diesem Fall ist ein hoher spezifischer Widerstand erwünscht.
  • Darüber hinaus wurde ein Hochwiderstandsspannungs-Wafer mit relativ hohem Widerstand auch für eine Leistungsvorrichtung gewünscht, und ein Siliziumeinkristallwafer mit einer extrem niedrigen Kohlenstoffkonzentration wurde für einen bipolaren Transistor mit isoliertem Gate (IGBT) oder ähnliches gefordert, um günstige Eigenschaften zu erhalten. Das heißt, bei den neuesten Halbleitervorrichtungen ist es von wesentlicher Bedeutung, nicht nur Verunreinigungen wie Schwermetalle, sondern auch Verunreinigungen wie Dotierungen und Kohlenstoff, der ein leichtes Element ist, zu reduzieren.
  • Es gibt zwei Arten von Kohlenstoff, die in einem Siliziumeinkristall kontaminiert sind. Der eine stammt aus der Einführung von Kohlenstoff aus einem Rohmaterial, der andere aus einer Reaktion in einem Ofen während eines Kristallherstellungsprozesses. Es wurde über eine Technologie berichtet, bei der versucht wird, die Kohlenstoffkonzentration für jeden Einbringungsprozess zu verringern.
  • Was die Einbringung aus dem Rohmaterial betrifft, so gibt es unter den organischen Substanzen, die an der Oberfläche des Rohmaterials Silizium haften, organische Substanzen, die bei hohen Temperaturen karbonisieren, ohne sich in Gas zu verwandeln, und es besteht ein Problem, dass die Einbringung dieser karbonisierten organischen Substanzen in einen Kristall die Kohlenstoffkonzentration im Kristall erhöht.
  • Beispiele für ein Verfahren zur Lösung dieses Problems umfassen ein Verfahren, bei dem die Einkristallzüchtung nach dem Czochralski-Verfahren (CZ-Verfahren) unter Verwendung eines polykristallinen Rohmaterials durchgeführt wird, das in einem Polyethylen-Lagerbeutel gelagert wird, der weniger anfällig für Verunreinigungen durch organische Substanzen, einschließlich paraffinischer Kohlenwasserstoffe, ist und in der Patentliteratur 1 beschrieben wird, sowie ein Verfahren, bei dem organische Substanzen auf der Oberfläche des Polykristalls identifiziert werden, eine quantitative Analyse durchgeführt wird, das Rohmaterial sortiert wird und dann die Einkristallzüchtung nach dem CZ-Verfahren durchgeführt wird, das in der Patentliteratur 2 beschrieben wird.
  • Hinsichtlich der Verunreinigung des Kohlenstoffs durch den Kristallherstellungsprozess stellt sich hingegen ein Problem, dass kohlenstoffhaltiges Gas im Ofen durch die Reaktion zwischen dem Kohlenstoffmaterial in einem Ofen einer Ziehmaschine und Siliziummonoxid (SiO), das während der Kristallzüchtung aus einer Siliziumschmelze verdampft, entsteht und das kohlenstoffhaltige Gas in die Schmelze gemischt wird, wodurch die Kohlenstoffkonzentration steigt.
  • Zu den Beispielen für ein Verfahren zur Lösung dieses Problems gehört ein Verfahren, bei dem ein zylindrisches Gleichrichtungsglied über einem Graphittiegel angebracht wird, um ein Zurückströmen des kohlenstoffhaltigen Gases in die Schmelzseite zu verhindern (siehe Patentschrift 3). Zu den weiteren Beispielen für das Verfahren zur Durchführung der Einkristallzüchtung bei gleichzeitiger Montage des Gleichrichtungselements gehören ein Verfahren, bei dem ein Quarz-Gleichrichtungszylinder und ein Kohlenstoff-Gleichrichtungszylinder über dem Tiegel montiert werden (siehe Patentschrift 4), und ein Verfahren, bei dem nur der Quarz-Gleichrichtungszylinder über dem Tiegel montiert wird (siehe Patentschrift 5).
  • Die Durchführung der Einkristallzüchtung unter Verwendung des oben erwähnten Gleichrichtungselements kann die lineare Geschwindigkeit des Inertgases erhöhen, das von unmittelbar oberhalb der Siliziumrohstoffschmelze in Richtung des oberen Endes des Quarztiegels strömt, und kann dadurch verhindern, dass das kohlenstoffhaltige Gas, das durch die Reaktion zwischen dem Kohlenstoffelement im Ofen und dem aus der Siliziumschmelze verdampfenden SiO erzeugt wird, in die Seite der Rohmaterialschmelze zurückströmt, und kann folglich einen Einkristall mit einer Kohlenstoffkonzentration züchten, die niedriger ist als die in einem Fall, in dem kein Gleichrichtungselement vorhanden ist.
  • Die Erhöhung der linearen Geschwindigkeit des Inertgases durch den Einbau des oben erwähnten Gleichrichtungselements kann jedoch nicht die Menge des kohlenstoffhaltigen Gases reduzieren, das durch die Reaktion zwischen dem Kohlenstoffelement im Ofen der Ziehmaschine und dem aus der Siliziumschmelze verdampfenden SiO erzeugt wird, und daher gibt es eine Grenze für den kohlenstoffarmen Effekt, der nur durch den Einbau des oben erwähnten Gleichrichtungselements erreicht wird. Aus diesem Grund ist es nicht möglich, ein Produkt mit einer geringeren Kohlenstoffkonzentration herzustellen.
  • ZITATLISTE
  • PATENTLITERATUR
    • Patentdokument 1: JP 2016-113198 A
    • Patentdokument 2: JP 2016-210637 A
    • Patentdokument 3: JP 2012-201564 A
    • Patentdokument 4: JP 2010-143776 A
    • Patentdokument 5: JP 2010-184839 A
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • TECHNISCHES PROBLEM
  • Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die oben genannten Probleme zu lösen, und zielt darauf ab, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die in der Lage ist, einen Einkristall mit einer niedrigeren Kohlenstoffkonzentration als der nach den herkömmlichen Technologien herzustellen.
  • LÖSUNG DES PROBLEMS
  • Um die oben genannten Probleme zu lösen, wird in einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls zum Züchten eines Einkristalls unter Verwendung eines Czochralski-Verfahrens bereitgestellt, wobei die Vorrichtung umfasst:
    • eine Hauptkammer mit einem Deckenabschnitt, in der ein Tiegel zur Aufnahme einer Siliziumschmelze untergebracht ist;
    • eine Ziehkammer, die kontinuierlich an einem oberen Abschnitt des Deckenabschnitts der Hauptkammer über ein Schieberventil vorgesehen ist und so konfiguriert ist, dass sie einen Siliziumeinkristall enthält, der aus der Siliziumschmelze hochgezogen werden soll;
    • ein Hitzeschildglied, das so vorgesehen ist, dass es der im Tiegel enthaltenen Siliziumschmelze zugewandt ist;
    • einen Gleichrichtungszylinder, der auf dem Hitzeschildglied vorgesehen ist, um den hochgezogenen Siliziumeinkristall zu umschließen;
    • einen Kühlzylinder, der so vorgesehen ist, dass er den hochgezogenen Siliziumeinkristall umgibt, und der einen Verlängerungsabschnitt umfasst, der sich von dem Deckenabschnitt der Hauptkammer in Richtung der Siliziumschmelze erstreckt, und der so konfiguriert ist, dass er durch ein Kühlmedium zwangsweise gekühlt wird; und
    • einen Kühlhilfszylinder, der im Inneren des Kühlzylinders angebracht ist,
    • wobei der sich erstreckende Abschnitt des Kühlzylinders eine der Siliziumschmelze zugewandte Bodenfläche aufweist, und
    • wobei der Kühlhilfszylinder mindestens einen ersten Abschnitt aufweist, der die Bodenfläche des Kühlzylinders umgibt, und einen zweiten Abschnitt, der einen oberen Endabschnitt des Gleichrichtungszylinders umgibt.
  • Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls gemäß der ersten Ausführungsform ist es möglich, eine Temperatur eines Raums um den Kühlhilfszylinder herum zu senken und die Erzeugung des kohlenstoffhaltigen Gases durch Reaktion zwischen dem Kohlenstoffelement im Ofen der Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls und SiO, das aus der Siliziumschmelze verdampft, zu verhindern. Darüber hinaus ist der Gleichrichtungszylinder auf dem Hitzeschildglied vorgesehen, und der zweite Abschnitt des Kühlhilfszylinders hat eine Struktur, die den oberen Endabschnitt des Gleichrichtungszylinders umgibt, wodurch es auch möglich ist, die Diffusion des durch die Reaktion erzeugten kohlenstoffhaltigen Gases in die Siliziumschmelzseite zu verhindern. Als Ergebnis der Kombination dieser Effekte ist es möglich, den Einkristall mit einer Kohlenstoffkonzentration herzustellen, die niedriger ist als bei den herkömmlichen Technologien.
  • Der Gleichrichtungszylinder wird vorzugsweise aus synthetischem Quarz hergestellt.
  • Durch die Verwendung des Gleichrichtungszylinders aus synthetischem Quarz ist es möglich, den Einkristall mit einer geringeren Kohlenstoffkonzentration herzustellen.
  • Der Kühlhilfszylinder enthält vorzugsweise mindestens ein Element, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus einem Graphitelement, einem Kohlenstoff-Verbundelement, rostfreiem Stahl, Molybdän und Wolfram besteht.
  • Der erste Abschnitt des Kühlhilfszylinders ist vorzugsweise so aufgebaut, dass er die Bodenfläche des Kühlzylinders abdeckt, und ein Spalt zwischen dem ersten Abschnitt des Kühlhilfszylinders und der Bodenfläche des Kühlzylinders beträgt vorzugsweise 1,0 mm oder weniger.
  • Durch den Einsatz eines solchen Kühlhilfszylinders ist es möglich, den Einkristall mit einer geringeren Kohlenstoffkonzentration effizienter herzustellen.
  • Der zweite Abschnitt des Kühlhilfszylinders umfasst vorzugsweise einen Rillenabschnitt, der einen Bereich mit einer Fläche von 10% oder mehr und 35% oder weniger einer Gesamtfläche einer Seitenfläche des Gleichrichtungszylinders abdeckt.
  • Mit einer solchen Struktur lässt sich mit Sicherheit ein Effekt erzielen, dass das kohlenstoffhaltige Gas nur schwer in die Siliziumschmelze zurückfließen kann, da sich das kohlenstoffhaltige Gas in einem Bereich unmittelbar über der Siliziumschmelze befindet.
  • In diesem Fall beträgt der Abstand zwischen jeder der Seitenflächen des oberen Endabschnitts des Gleichrichtungszylinders und einer Seitenfläche des Rillenabschnitts des zweiten Abschnitts des Kühlhilfszylinders vorzugsweise 5 mm oder mehr und 25 mm oder weniger.
  • Durch die Verwendung einer solchen Struktur kann ein Rückfluss des kohlenstoffhaltigen Gases in die Siliziumschmelze sicherer verhindert werden.
  • Der Gleichrichtungszylinder enthält vorzugsweise eine Öffnung in einer seiner Seitenflächen, und die Öffnung des Gleichrichtungszylinders ist vorzugsweise an einer solchen Position ausgebildet, dass eine Höhe eines oberen Endes der Öffnung des Gleichrichtungszylinders 35% oder weniger einer Gesamthöhe des Gleichrichtungszylinders beträgt.
  • Durch die Verwendung eines solchen Gleichrichtungszylinders mit einer Öffnung in der Seitenfläche kann ein Effekt erzielt werden, der es dem kohlenstoffhaltigen Gas erschwert, in die Schmelzseite des Rohmaterials zurückzuströmen.
  • Darüber hinaus stellt eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls zum Züchten eines Einkristalls unter Verwendung eines Czochralski-Verfahrens bereit, wobei die Vorrichtung umfasst:
    • eine Hauptkammer mit einem Deckenabschnitt, in der ein Tiegel zur Aufnahme einer Siliziumschmelze untergebracht ist;
    • eine Ziehkammer, die kontinuierlich an einem oberen Abschnitt des Deckenabschnitts der Hauptkammer über ein Schieberventil vorgesehen ist und so konfiguriert ist, dass sie einen Siliziumeinkristall enthält, der aus der Siliziumschmelze hochgezogen werden soll;
    • ein Hitzeschildglied, das so vorgesehen ist, dass es der im Tiegel enthaltenen Siliziumschmelze zugewandt ist;
    • einen Gleichrichtungszylinder, der auf dem Hitzeschildglied vorgesehen ist, um den hochgezogenen Siliziumeinkristall zu umschließen;
    • einen Kühlzylinder, der so vorgesehen ist, dass er den hochgezogenen Siliziumeinkristall umgibt, und der einen Verlängerungsabschnitt umfasst, der sich von dem Deckenabschnitt der Hauptkammer in Richtung der Siliziumschmelze erstreckt, und der so konfiguriert ist, dass er durch ein Kühlmedium zwangsweise gekühlt wird; und
    • einen Kühlhilfszylinder, der im Inneren des Kühlzylinders angebracht ist,
    • wobei ein oberer Abschnitt des Gleichrichtungszylinders eine Struktur aufweist, die einen unteren Abschnitt des Kühlhilfszylinders umgibt, wobei der untere Abschnitt ein Abschnitt ist, der von dem Kühlzylinder nach unten vorsteht.
  • Bei Verwendung der Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Temperatur eines Raums um den Kühlhilfszylinder herum zu senken und die Erzeugung des kohlenstoffhaltigen Gases durch Reaktion zwischen dem Kohlenstoffelement im Ofen und dem aus der Siliziumschmelze verdampfenden SiO zu verhindern.
  • Darüber hinaus kann, selbst wenn die Reaktion auftritt, durch die Bereitstellung des Gleichrichtungszylinders auf dem Hitzeschildglied und die Annahme der Struktur des Umschließens des unteren Abschnitts des Kühlhilfszylinders, wobei der untere Teil der Abschnitt ist, der vom Kühlzylinder nach unten absteht, mit dem oberen Abschnitt des Gleichrichtungszylinders, die Diffusion des kohlenstoffhaltigen Gases, das durch die Reaktion erzeugt wird, in die Siliziumschmelzseite ebenfalls verhindert werden.
  • Als Ergebnis der Kombination dieser Effekte kann die Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung den Einkristall mit einer niedrigeren Kohlenstoffkonzentration als bei den herkömmlichen Technologien effektiver herstellen.
  • Der Gleichrichtungszylinder wird vorzugsweise aus synthetischem Quarz hergestellt.
  • Durch die Verwendung des Gleichrichtungszylinders aus synthetischem Quarz ist es möglich, den Einkristall mit einer geringeren Kohlenstoffkonzentration herzustellen.
  • Das Material des Kühlhilfszylinders ist vorzugsweise mindestens eines aus der Gruppe bestehend aus einem Graphitelement, einem Kohlenstoff-Verbundelement, Edelstahl, Molybdän und Wolfram.
  • Bei Verwendung der Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls mit einem solchen Kühlhilfszylinder ist es möglich, den Einkristall mit einer geringeren Kohlenstoffkonzentration effizienter herzustellen.
  • Der Gleichrichtungszylinder ist vorzugsweise so aufgebaut, dass er einen Bereich mit einer Fläche von 5% oder mehr einer Gesamtfläche einer Seitenfläche des Abschnitts des Kühlhilfszylinders, der vom Kühlzylinder nach unten ragt, mit einem oberen Abschnitt des Gleichrichtungszylinders umgibt.
  • Mit einer solchen Struktur kann der Effekt erzielt werden, dass das kohlenstoffhaltige Gas schwerer in die Siliziumschmelze zurückfließen kann.
  • Der Abstand zwischen einer Seitenfläche des Gleichrichtungszylinders und einer Seitenfläche des Abschnitts des Kühlhilfszylinders, der vom Kühlzylinder nach unten ragt, beträgt vorzugsweise 3 mm oder mehr und weniger als 15 mm.
  • Mit einer solchen Struktur kann der Effekt erzielt werden, dass das kohlenstoffhaltige Gas nicht so leicht in die Siliziumschmelze zurückfließen kann.
  • Außerdem enthält der Gleichrichtungszylinder vorzugsweise eine Öffnung in einer seiner Seitenflächen, und die Öffnung des Gleichrichtungszylinders ist vorzugsweise an einer solchen Position ausgebildet, dass eine Höhe eines oberen Endes der Öffnung des Gleichrichtungszylinders 35% oder weniger einer Gesamthöhe des Gleichrichtungszylinders beträgt.
  • Durch die Verwendung eines solchen Gleichrichtungszylinders mit einer Öffnung in der Seitenfläche kann der Effekt erzielt werden, dass das kohlenstoffhaltige Gas nicht so leicht in die Siliziumschmelze zurückfließen kann.
  • VORTEILHAFTE EFFEKTE DER ERFINDUNG
  • Wie oben beschrieben, kann die Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung den Einkristall mit einer Kohlenstoffkonzentration herstellen, die niedriger ist als diejenige gemäß den herkömmlichen Technologien.
  • Darüber hinaus kann die Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie oben beschrieben, den Effekt der Verhinderung der Erzeugung des kohlenstoffhaltigen Gases durch die Reaktion zwischen dem Kohlenstoffelement im Ofen der Ziehmaschine und SiO, das aus der Siliziumschmelze verdampft, und den Effekt der Verhinderung der Diffusion des kohlenstoffhaltigen Gases, das durch die Reaktion erzeugt wird, in die Siliziumschmelzeseite erzielen und kann als Ergebnis der Kombination dieser Effekte den Einkristall mit einer niedrigeren Kohlenstoffkonzentration als die nach den herkömmlichen Technologien effektiv herstellen.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine schematische Querschnittsdarstellung, die ein Beispiel für eine Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
    • 2 ist eine vergrößerte schematische Querschnittsdarstellung, die einen peripheren Teil eines Kühlhilfszylinders in dem in 1 gezeigten Beispiel einer Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls zeigt;
    • 3 ist eine vergrößerte schematische Querschnittsdarstellung, die den peripheren Teil des Kühlhilfszylinders in einem anderen Beispiel der Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
    • 4 ist eine schematische Querschnittsdarstellung, die ein Beispiel für eine Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
    • 5 ist eine vergrößerte schematische Querschnittsdarstellung, die einen peripheren Teil eines Gleichrichtungszylinders der in 4 dargestellten Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls zeigt;
    • 6 ist eine vergrößerte schematische Querschnittsdarstellung, die ein weiteres Beispiel für den peripheren Teil des Gleichrichtungszylinders der Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
    • 7 ist ein Diagramm, das die Abhängigkeit des Verfestigungsverhältnisses von der Kohlenstoffkonzentration in einem Einkristall gemäß Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1 zeigt;
    • 8 ist ein Diagramm, das die Abhängigkeit des Verfestigungsverhältnisses von der Kohlenstoffkonzentration in einem Einkristall gemäß Beispiel 2, Vergleichsbeispiel 1 und Vergleichsbeispiel 2 zeigt;
    • 9 ist ein Diagramm, das die Abhängigkeit des Verfestigungsverhältnisses von der Kohlenstoffkonzentration in einem Einkristall gemäß Beispiel 3 und Vergleichsbeispiel 1 zeigt;
    • 10 ist ein Diagramm, das die Abhängigkeit des Verfestigungsverhältnisses von der Kohlenstoffkonzentration in einem Einkristall gemäß Beispiel 4 und Vergleichsbeispiel 1 zeigt;
    • 11 ist eine schematische Querschnittsdarstellung, die ein Beispiel für eine Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls gemäß einem CZ-Verfahren zeigt, das in Vergleichsbeispiel 1 und Vergleichsbeispiel 3 verwendet wird;
    • 12 ist ein Diagramm, das die Abhängigkeit des Verfestigungsverhältnisses von der Kohlenstoffkonzentration in einem Einkristall gemäß Beispiel 5, Vergleichsbeispiel 3 und Vergleichsbeispiel 4 zeigt;
    • 13 ist ein Diagramm, das die Abhängigkeit des Verfestigungsverhältnisses von der Kohlenstoffkonzentration in einem Einkristall gemäß Beispiel 6 und Vergleichsbeispiel 3 zeigt;
    • 14 ist ein Diagramm, das die Abhängigkeit des Verfestigungsverhältnisses von der Kohlenstoffkonzentration in einem Einkristall gemäß Beispiel 7 und Vergleichsbeispiel 3 zeigt.
  • BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls, wie z.B. eines Siliziumeinkristalls, der durch ein Czochralski-Verfahren (CZ-Verfahren) oder ein Magnetfeld angewandtes Czochralski-Verfahren (MCZ-Verfahren) gezüchtet wird.
  • Wie oben beschrieben, wurde die Entwicklung einer Vorrichtung angestrebt, die in der Lage ist, einen Einkristall mit einer niedrigeren Kohlenstoffkonzentration als bei den herkömmlichen Technologien herzustellen.
  • Als Ergebnis einer ernsthaften Untersuchung der oben genannten Probleme haben die gegenwärtigen Erfinder herausgefunden, dass es möglich ist, die Erzeugung von kohlenstoffhaltigem Gas durch die Reaktion eines Kohlenstoffelements in einem Ofen zu verhindern, indem man einen Gleichrichtungszylinder auf einem Hitzeschildglied bereitstellt, um einen hochgezogenen Einkristall zu umschließen, einen Kühlhilfszylinder an der Innenseite eines Kühlzylinders anbringt, eine Bodenfläche des Kühlzylinders, die einer Siliziumschmelze zugewandt ist, mit einem ersten Teil des Kühlhilfszylinders umgibt, und ferner einen oberen Endabschnitt des Gleichrichtungszylinders mit einem zweiten Abschnitt des Kühlhilfszylinders umgibt, ist es möglich, die Erzeugung von kohlenstoffhaltigem Gas durch Reaktion zwischen einem Kohlenstoffelement in einem Ofen und Siliziummonoxid (SiO), das aus der Siliziumschmelze verdampft, zu verhindern, und ferner die Diffusion des durch die oben erwähnte Reaktion erzeugten kohlenstoffhaltigen Gases in die Siliziumschmelzseite zu verhindern, und eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf der Grundlage dieser Erkenntnisse fertiggestellt zu haben.
  • Das heißt, die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls zum Züchten eines Einkristalls unter Verwendung eines Czochralski-Verfahrens, wobei die Vorrichtung umfasst:
    • eine Hauptkammer mit einem Deckenabschnitt, in der ein Tiegel zur Aufnahme einer Siliziumschmelze untergebracht ist;
    • eine Ziehkammer, die kontinuierlich an einem oberen Abschnitt des Deckenabschnitts der Hauptkammer über ein Schieberventil vorgesehen ist und so konfiguriert ist, dass sie einen Siliziumeinkristall enthält, der aus der Siliziumschmelze hochgezogen werden soll;
    • ein Hitzeschildglied, das so vorgesehen ist, dass es der im Tiegel enthaltenen Siliziumschmelze zugewandt ist;
    • einen Gleichrichtungszylinder, der auf dem Hitzeschildglied vorgesehen ist, um den hochgezogenen Siliziumeinkristall zu umschließen;
    • einen Kühlzylinder, der so vorgesehen ist, dass er den hochgezogenen Siliziumeinkristall umgibt, und der einen Verlängerungsabschnitt umfasst, der sich von dem Deckenabschnitt der Hauptkammer in Richtung der Siliziumschmelze erstreckt, und der so konfiguriert ist, dass er durch ein Kühlmedium zwangsweise gekühlt wird; und
    • einen Kühlhilfszylinder, der im Inneren des Kühlzylinders angebracht ist,
    • wobei der sich erstreckende Abschnitt des Kühlzylinders eine der Siliziumschmelze zugewandte Bodenfläche aufweist, und
    • wobei der Kühlhilfszylinder mindestens einen ersten Abschnitt aufweist, der die Bodenfläche des Kühlzylinders umgibt, und einen zweiten Abschnitt, der einen oberen Endabschnitt des Gleichrichtungszylinders umgibt.
  • Es sollte beachtet werden, dass die oben genannten Patentschriften 1 und 2 mit der vorliegenden Technologie in Bezug auf die Beachtung der Kohlenstoffkonzentration im Einkristall verwandt sind, aber Technologien sind, die auf die Verunreinigung durch Kohlenstoff achten, der durch das Rohmaterial Silizium eingeführt wird, und die sich von der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unterscheiden, die auf die Kohlenstoffverunreinigung aufgrund des Kristallherstellungsprozesses achtet.
  • Darüber hinaus wird in den Patentschriften 3 bis 5 vorgeschlagen, die lineare Geschwindigkeit des Inertgases, das von unmittelbar oberhalb der Rohmaterialschmelze in Richtung des oberen Endes des Quarztiegels strömt, durch Verwendung des Gleichrichtungszylinders oder des Gleichrichtungsglieds zu erhöhen und das kohlenstoffhaltige Gas, das durch die Reaktion zwischen dem Kohlenstoffelement im Ofen und dem aus der Siliziumschmelze verdampfenden SiO erzeugt wird, dazu zu bringen, nicht so leicht in die Rohmaterialschmelzseite zurückzublasen, aber keine der Patentschriften 3 bis 5 beschreibt oder schlägt den Kühlhilfszylinder vor, der sowohl den ersten Abschnitt als auch den zweiten Abschnitt umfasst, die in der Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten sind.
  • Darüber hinaus haben die vorliegenden Erfinder als Ergebnis einer ernsthaften Untersuchung der oben genannten Probleme herausgefunden, dass die Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls, die so konfiguriert ist, dass sie den Gleichrichtungszylinder auf dem Hitzeschildglied bereitstellt, um den hochgezogenen Einkristall zu umschließen, den Kühlhilfszylinder an der Innenseite des Kühlzylinders anbringt, den unteren Abschnitt des Kühlhilfszylinders umgibt, wobei der untere Abschnitt der Abschnitt ist, der vom Kühlzylinder nach unten ragt, mit dem oberen Abschnitt des Gleichrichtungszylinders, kann die Erzeugung des kohlenstoffhaltigen Gases durch die Reaktion zwischen dem Kohlenstoffelement im Ofen und SiO, das aus der Siliziumschmelze (Rohmaterialschmelze) verdampft, verhindern, und kann ferner die Diffusion des kohlenstoffhaltigen Gases, das durch die oben erwähnte Reaktion erzeugt wird, in die Siliziumschmelzeseite verhindern, und haben die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf der Grundlage dieser Erkenntnisse abgeschlossen.
  • Das heißt, die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls zum Züchten eines Einkristalls unter Verwendung eines Czochralski-Verfahrens, wobei die Vorrichtung umfasst:
    • eine Hauptkammer mit einem Deckenabschnitt, in der ein Tiegel zur Aufnahme einer Siliziumschmelze untergebracht ist;
    • eine Ziehkammer, die kontinuierlich an einem oberen Abschnitt des Deckenabschnitts der Hauptkammer über ein Schieberventil vorgesehen ist und so konfiguriert ist, dass sie einen Siliziumeinkristall enthält, der aus der Siliziumschmelze hochgezogen werden soll;
    • ein Hitzeschildglied, das so vorgesehen ist, dass es der im Tiegel enthaltenen Siliziumschmelze zugewandt ist;
    • einen Gleichrichtungszylinder, der auf dem Hitzeschildglied vorgesehen ist, um den hochgezogenen Siliziumeinkristall zu umschließen;
    • einen Kühlzylinder, der so vorgesehen ist, dass er den hochgezogenen Siliziumeinkristall umgibt, und der einen Verlängerungsabschnitt umfasst, der sich von dem Deckenabschnitt der Hauptkammer in Richtung der Siliziumschmelze erstreckt, und der so konfiguriert ist, dass er durch ein Kühlmedium zwangsweise gekühlt wird; und
    • einen Kühlhilfszylinder, der im Inneren des Kühlzylinders angebracht ist,
    • wobei ein oberer Abschnitt des Gleichrichtungszylinders eine Struktur aufweist, die einen unteren Abschnitt des Kühlhilfszylinders umgibt, wobei der untere Abschnitt ein Abschnitt ist, der von dem Kühlzylinder nach unten vorsteht.
  • Man beachte, dass die in den oben genannten Patentschriften 1 und 2 beschriebenen Technologien mit der vorliegenden Technologie in Bezug auf die Beachtung der Kohlenstoffkonzentration im Einkristall verwandt sind, aber Technologien sind, die auf die Verunreinigung durch Kohlenstoff achten, der durch das Rohmaterial Silizium eingebracht wird, und die sich von der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unterscheiden, die auf die Kohlenstoffverunreinigung aufgrund des Kristallherstellungsprozesses achtet.
  • Darüber hinaus wird in den Patentschriften 3 bis 5 vorgeschlagen, die lineare Geschwindigkeit des Inertgases, das von unmittelbar oberhalb der Rohmaterialschmelze in Richtung des oberen Endes des Quarztiegels strömt, durch die Verwendung des Gleichrichtungszylinders oder des Gleichrichtungsglieds zu erhöhen und das kohlenstoffhaltige Gas, das durch die Reaktion zwischen dem Kohlenstoffelement im Ofen und dem aus der Siliziumschmelze verdampfenden SiO erzeugt wird, dazu zu bringen, nicht so leicht in die Rohmaterialschmelzseite zurückzublasen, aber keine der Patentschriften 3 bis 5 offenbart die Anordnung, den Gleichrichtungszylinder auf dem Hitzeschildglied vorzusehen, um den hochgezogenen Einkristall zu umschließen, den Kühlhilfszylinder an der Innenseite des Kühlzylinders anzubringen und den unteren Abschnitt des Kühlhilfszylinders, wobei der untere Abschnitt der Abschnitt ist, der vom Kühlzylinder nach unten ragt, mit dem oberen Teil des Gleichrichtungszylinders zu umgeben, gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Detail beschrieben, ist aber nicht auf die Beschreibung beschränkt.
  • [Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls nach der ersten Ausführungsform]
  • Durch die Verwendung der Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls gemäß der ersten Ausführungsform mit der oben erwähnten Konfiguration ist es möglich, eine Temperatur eines Raums um den Kühlhilfszylinder herum zu verringern und die Erzeugung von kohlenstoffhaltigem Gas durch Reaktion zwischen dem Kohlenstoffelement im Ofen der Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls und SiO, das aus der Siliziumschmelze verdampft, zu verhindern. Darüber hinaus kann durch die Bereitstellung des Gleichrichtungszylinders auf dem Hitzeschildglied und die Annahme der Struktur, die den oberen Endabschnitt des Gleichrichtungszylinders mit dem zweiten Abschnitt des Kühlhilfszylinders umgibt, die Diffusion des durch die Reaktion erzeugten kohlenstoffhaltigen Gases in die Siliziumschmelze ebenfalls verhindert werden. Als Ergebnis der Kombination dieser Effekte ist es möglich, den Einkristall mit einer Kohlenstoffkonzentration herzustellen, die niedriger ist als bei den herkömmlichen Technologien.
  • Jedes Element der Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden näher beschrieben.
  • (1) Hauptkammer
  • Die Hauptkammer umfasst den Deckenabschnitt und beherbergt den Schmelztiegel für die Siliziumschmelze.
  • Der Tiegel kann z. B. aus einem Quarztiegel zur Aufnahme der Siliziumschmelze und einem Graphittiegel zur Unterstützung des Quarztiegels bestehen.
  • Unter Berücksichtigung der obigen Ausführungen kann die Hauptkammer eine Struktur aufweisen, die der Struktur einer Hauptkammer einer allgemeinen CZ-Siliziumeinkristall-Herstellungsvorrichtung ähnlich ist.
  • In der Hauptkammer kann beispielsweise auch ein Heizer untergebracht werden. Der Heizer ist beispielsweise so vorgesehen, dass er den Umfang des Tiegels umgibt und in der Lage ist, das im Tiegel enthaltene Rohsilizium zu einer Siliziumschmelze zu schmelzen.
  • Wenn die Hauptkammer den Heizer enthält, kann die Hauptkammer auch einen Wärmeisolator aufnehmen, der den Heizer umgibt.
  • Der Tiegel kann von einer Tiegelhalterung getragen werden. An der Tiegelhalterung kann ein Tiegelschacht befestigt sein. Der Tiegelschacht ermöglicht das Drehen und Anheben/Absenken der Tiegelhalterung und des von der Tiegelhalterung getragenen Tiegels.
  • (2) Ziehkammer
  • Die Ziehkammer wird kontinuierlich am oberen Abschnitt des Deckenabschnitts der Hauptkammer über das Schieberventil bereitgestellt und enthält den Siliziumeinkristall, der aus der Siliziumschmelze hochgezogen werden soll.
  • Unter Berücksichtigung der obigen Ausführungen kann die Ziehkammer eine Struktur aufweisen, die der Struktur einer Ziehkammer der allgemeinen CZ-Siliziumeinkristall-Herstellungsvorrichtung ähnlich ist.
  • (3) Hitzeschildglied
  • Das Hitzeschildglied ist so angebracht, dass es der im Tiegel enthaltenen Siliziumschmelze zugewandt ist. Das Hitzeschildglied ist in der Lage, die Strahlung von der Oberfläche der Siliziumschmelze abzuschneiden und die Temperatur der Oberfläche der Siliziumschmelze hoch zu halten. Das Hitzeschildglied kann beispielsweise so vorgesehen werden, dass es der Siliziumschmelze in einer solchen Form zugewandt ist, dass sein Innendurchmesser nach unten hin allmählich kleiner wird.
  • Das Hitzeschildglied kann zum Beispiel in der Hauptkammer untergebracht werden.
  • Das Material des Hitzeschildes ist nicht speziell begrenzt, aber der Hitzeschild kann z. B. aus Graphit bestehen.
  • (4) Gleichrichtungszylinder
  • Der Gleichrichtungszylinder ist auf dem Hitzeschildglied so angebracht, dass er den hochgezogenen Siliziumeinkristall umschließt. Der Gleichrichtungszylinder ist in der Lage, den hochgezogenen Siliziumeinkristall koaxial mit dem Hitzeschildglied zu umschließen.
  • Da die Menge des kohlenstoffhaltigen Gases, das durch die Reaktion zwischen dem Kohlenstoffteil im Ofen und dem aus der Siliziumschmelze verdampfenden SiO erzeugt wird, proportional zur Oberfläche eines Graphitteils im Ofen zunimmt, besteht der Gleichrichtungszylinder vorzugsweise aus Quarz oder Keramik, und noch bevorzugter aus synthetischem Quarz.
  • Vorzugsweise wird eine Öffnung in einer Seitenfläche des verwendeten Gleichrichtungszylinders angebracht.
  • Durch die Verwendung eines solchen Gleichrichtungszylinders mit einer Öffnung in seiner Seitenfläche wird die Strömungsgeschwindigkeit des Inertgases, das von der Öffnung des Gleichrichtungszylinders zur Außenseite des Gleichrichtungszylinders strömt, beispielsweise in Richtung eines Überwachungsfensters zur Überwachung des Ofeninneren im Zylinderabschnitt, das später beschrieben wird, erhöht, und folglich ist es möglich, den Effekt zu erzielen, dass das kohlenstoffhaltige Gas schwerer von der Innenseite des Zylinderabschnitts oder der Außenseite des Zylinderabschnitts in die Rohmaterialschmelzseite zurückfließen kann.
  • Darüber hinaus hat die Öffnung des Gleichrichtungszylinders vorzugsweise eine Struktur, bei der das obere Ende der Öffnung in einer Höhe von 35 % oder weniger der Gesamthöhe des Gleichrichtungszylinders angeordnet ist, und die Mitte der Öffnung ist vorzugsweise in einer Höhe von 30 mm oder mehr und 40 mm oder weniger vom unteren Endabschnitt des Gleichrichtungszylinders vorgesehen. Die Öffnungen sind vorzugsweise in regelmäßigen Abständen in Umfangsrichtung in der Seitenfläche des Gleichrichtungszylinders ausgebildet und können z. B. auf drei Achsen in Winkeln von 0°, 120° und 240° angeordnet sein. Darüber hinaus weist die Öffnung vorzugsweise eine Struktur auf, bei der eine Länge von ihrem oberen Ende zu ihrem unteren Ende 50 mm oder weniger beträgt und bei der ein offener Bereich eine Fläche von 15 % oder weniger der Gesamtfläche des Gleichrichtungszylinders aufweist.
  • Bei Verwendung eines solchen Gleichrichtungszylinders mit einer Öffnung in seiner Seitenfläche wird die Strömungsgeschwindigkeit des Inertgases, das von der Öffnung des Gleichrichtungszylinders in Richtung des Überwachungsfensters zur Überwachung des Ofeninneren im Zylinderabschnitt strömt, das später beschrieben wird, weiter erhöht, und folglich ist es möglich, den Effekt zu erzielen, dass das kohlenstoffhaltige Gas schwieriger von der Innenseite des Zylinderabschnitts oder der Außenseite des Zylinderabschnitts in die Rohmaterialschmelzseite zurückfließen kann.
  • Eine untere Grenze für die Position des oberen Endes der Öffnung des Gleichrichtungszylinders ist nicht ausdrücklich festgelegt, aber das obere Ende der Öffnung des Gleichrichtungszylinders kann beispielsweise in einer Höhe von 5 % oder mehr der Gesamthöhe des Gleichrichtungszylinders positioniert werden.
  • (5) Kühlung des Zylinders
  • Der Kühlzylinder ist so vorgesehen, dass er den hochgezogenen Siliziumeinkristall umgibt, umfasst einen sich vom Deckenabschnitt der Hauptkammer in Richtung der Siliziumschmelze erstreckenden Abschnitt und ist so konfiguriert, dass er durch ein Kühlmedium zwangsgekühlt wird. Der sich in Richtung der Siliziumschmelze erstreckende Abschnitt weist eine der Siliziumschmelze zugewandte Bodenfläche auf.
  • Der Kühlzylinder erstreckt sich in Richtung der Siliziumschmelze und kann in der Hauptkammer unter dem Schieberventil angeordnet werden.
  • Das Kühlmedium, das den Kühlzylinder zwangsweise kühlt, ist nicht speziell begrenzt.
  • (6) Kühlung des Hilfszylinders
  • Der Kühlhilfszylinder ist an der Innenseite des Kühlzylinders angebracht. Der Kühlhilfszylinder umfasst mindestens einen ersten Abschnitt, der die Bodenfläche des Kühlzylinders umgibt, und einen zweiten Abschnitt, der den oberen Endabschnitt des Gleichrichtungszylinders umgibt.
  • Der Kühlhilfszylinder enthält vorzugsweise mindestens ein Element, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Graphitelement, einem Kohlenstoff-Verbundelement, rostfreiem Stahl, Molybdän und Wolfram besteht. Der erste Teil des Kühlhilfszylinders ist vorzugsweise so aufgebaut, dass er die der Siliziumschmelze zugewandte Bodenfläche des Kühlzylinders abdeckt, und der Spalt zwischen dem ersten Abschnitt des Kühlhilfszylinders und der Bodenfläche des Kühlzylinders beträgt vorzugsweise 1,0 mm oder weniger. Der Spalt kann 0 mm betragen (vollständiger Kontakt).
  • Bei Verwendung des Kühlhilfszylinders mit einer solchen Struktur wird nicht nur die Menge an Strahlungswärme, die von einem Hochtemperaturbereich kommt und von dem ersten Bereich des Kühlhilfszylinders, der die Bodenfläche des Kühlzylinders bedeckt, aufgenommen wird, erhöht, sondern auch der Kühlhilfszylinder wird aufgrund der erhöhten Temperatur des ersten Bereichs des Kühlhilfszylinders thermisch ausgedehnt, wodurch der Spalt von der Bodenfläche des Kühlzylinders kleiner gemacht und die Wärmeleitung zum Kühlzylinder erleichtert werden kann. Da der erste Abschnitt des Kühlhilfszylinders, der die Bodenfläche des Kühlzylinders bedeckt, Strahlungswärme von der Siliziumschmelze oder dem Hochtemperaturteil aufnimmt und seine Temperatur erhöht, und die vom Kühlhilfszylinder selbst in Richtung der Bodenfläche des Kühlzylinders abgegebene Strahlungswärme zunimmt, wird es möglich, Wärme zum Kühlzylinder zu leiten, selbst wenn der Spalt zur Bodenfläche des Kühlzylinders vorhanden ist. Dadurch kann die Strahlungswärme aus dem Hochtemperaturbereich um den Heizer oder um das Hitzeschildglied effektiv zum Kühlzylinder geleitet werden. Infolgedessen wird die Strahlungswärme vom Hitzeschildglied in den zu züchtenden Kristall verringert und die Kristallwachstumsrate erhöht, und gleichzeitig ist es möglich, den Effekt der Verhinderung der Erzeugung des kohlenstoffhaltigen Gases durch die Reaktion zwischen dem Kohlenstoffelement im Ofen und SiO, das aus der Siliziumschmelze verdampft, sicher zu erzielen.
  • Der zweite Abschnitt des Kühlhilfszylinders enthält vorzugsweise einen Rillenabschnitt, der einen Bereich mit einer Fläche von 10 % oder mehr und 35 % oder weniger der gesamten Fläche der Seitenfläche des Gleichrichtungszylinders abdeckt.
  • Mit einer solchen Struktur kann der Effekt, dass das kohlenstoffhaltige Gas, das sich im Bereich unmittelbar über der Siliziumschmelze befindet, nur schwer in die Siliziumschmelzeseite zurückfließen kann, sicherer erreicht werden.
  • In diesem Fall beträgt der Abstand zwischen jeder der Seitenflächen des oberen Endabschnitts des Gleichrichtungszylinders und der Seitenfläche des Rillenabschnitts des zweiten Abschnitts des Kühlhilfszylinders vorzugsweise 5 mm oder mehr und 25 mm oder weniger.
  • Durch die Verwendung einer solchen Struktur kann ein Rückfluss des kohlenstoffhaltigen Gases in die Siliziumschmelze sicherer verhindert werden.
  • (7) Sonstige
  • Eine andere Struktur der heißen Zone (HZ) als die oben beschriebene kann mit der Struktur der allgemeinen Vorrichtung zur CZ-Siliziumeinkristallherstellung identisch sein.
  • Eine Vorrichtung zur Herstellung von Einkristallen nach dem Czochralski-Verfahren mit Magnetfeldanwendung (MCZ-Verfahren) kann beispielsweise eine Vorrichtung zum Anlegen eines Magnetfelds an die Siliziumschmelze umfassen.
  • Nachfolgend wird ein spezifisches Beispiel der Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es ist zu beachten, dass die Beschreibung eines Teils, das mit dem einer herkömmlichen Vorrichtung identisch ist, gegebenenfalls weggelassen werden kann.
  • 1 ist eine schematische Querschnittsdarstellung, die ein Beispiel für eine Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 2 ist eine vergrößerte schematische Querschnittsdarstellung, die den Umfang des Kühlhilfszylinders in dem in 1 dargestellten Beispiel der Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls zeigt.
  • Die in den 1 und 2 gezeigte Vorrichtung 1 zur Herstellung eines Einkristalls umfasst eine Hauptkammer 2, eine Ziehkammer 3, ein Hitzeschildglied 12, einen Gleichrichtungszylinder 14, einen Kühlzylinder 13 und einen Kühlhilfszylinder 15. Die Hauptkammer 2 enthält einen Deckenabschnitt 21 und beherbergt einen Quarztiegel 7 zur Aufnahme einer Siliziumschmelze 6 und einen Graphittiegel 8 zur Unterstützung des Quarztiegels 7. Die Ziehkammer 3 ist im oberen Teil der Hauptkammer 2 über ein nicht dargestelltes Schieberventil kontinuierlich zugänglich. Das Hitzeschildglied 12 ist so angeordnet, dass es der Siliziumschmelze 6 zugewandt ist. Der Gleichrichtungszylinder 14 ist auf dem Hitzeschildglied 12 angebracht. Der Kühlzylinder 13 umfasst einen Verlängerungsabschnitt 131, der sich vom Deckenabschnitt 21 der Hauptkammer 2 in Richtung der Siliziumschmelze 6 erstreckt. Der Kühlhilfszylinder 15 ist an der Innenseite des Kühlzylinders 13 angebracht.
  • In der Hauptkammer 2 befinden sich außerdem eine Tiegelhalterung 16, ein Tiegelschacht 17, ein Heizer 9 und ein Wärmeisolator 10. Die Tiegelhalterung 16 trägt den Graphittiegel 8. Der Tiegelschacht 17 stützt die Tiegelhalterung 16. Der Heizer 9 ist so angeordnet, dass es den Graphittiegel 8 umgibt. Der Wärmeisolator 10 ist so angebracht, dass er den Heizer 9 umgibt. Der Tiegelschacht 17 ermöglicht die Drehung der Siliziumschmelze 6, des Quarztiegels 7, des Graphittiegels 8 und der Tiegelhalterung 16 um eine Drehachse 18 sowie das Anheben und Absenken dieser Teile.
  • Ein zylindrischer Abschnitt 11 ist am Deckenabschnitt 21 der Hauptkammer 2 vorgesehen. Der Zylinderabschnitt 11 erstreckt sich vom Deckenabschnitt 21 in Richtung der Siliziumschmelze 6, und das Hitzeschildglied 12 ist an einem Endabschnitt des Zylinderabschnitts 11 befestigt.
  • Die Ziehkammer 3 ist so konfiguriert, dass sie einen aus der Siliziumschmelze 6 gezogenen Siliziumeinkristall 5 enthält.
  • Der Gleichrichtungszylinder 14 umfasst einen oberen Endabschnitt 141 auf der gegenüberliegenden Seite des Hitzeschildglieds 12. Der Gleichrichtungszylinder 14 ist auf dem Hitzeschildglied 12 so vorgesehen, dass er den hochgezogenen Siliziumeinkristall 5 umschließt. In dem in den 1 und 2 dargestellten Beispiel ist der Gleichrichtungszylinder 14 innerhalb der Hauptkammer 2 angeordnet.
  • Der Kühlzylinder 13 ist so angeordnet, dass er den hochgezogenen Siliziumeinkristall 5 umschließt. Der Abschnitt 131 des Kühlzylinders 13 erstreckt sich vom Deckenabschnitt 21 der Hauptkammer 2 in Richtung der Siliziumschmelze 6. Der Abschnitt 131 befindet sich innerhalb der Hauptkammer 2 und hat eine Bodenfläche 132, die der Siliziumschmelze 6 zugewandt ist. Der Kühlzylinder 13 umfasst ferner einen Abschnitt 133, der an der Innenseite des oberen Endabschnitts der Hauptkammer angebracht ist und sich vom Deckenabschnitt 21 der Hauptkammer 2 nach oben erstreckt und unmittelbar unter dem nicht dargestellten Schieberventil angeordnet ist. Der Kühlzylinder 13 ist so konfiguriert, dass er zwangsweise durch das Kühlmedium gekühlt wird, das von einem Kühlmedium-Zirkulationsmechanismus zugeführt wird, der nicht dargestellt ist.
  • Der Kühlhilfszylinder 15 umfasst einen ersten Abschnitt 151 und einen zweiten Abschnitt 152. Der erste Abschnitt 151 des Kühlhilfszylinders 15 umgibt die Bodenfläche 132 des Kühlzylinders 13, wie in den 1 und 2 gezeigt. Genauer gesagt umgibt der erste Abschnitt 151 des Kühlhilfszylinders 15 den Abschnitt 131 einschließlich der Bodenfläche 132 des Kühlzylinders 13 in einer Auf- und Abwärtsrichtung und von einer Seitenfläche aus. Der erste Abschnitt 151 des Kühlhilfszylinders 15 umfasst einen Abdeckabschnitt 153, der sich in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zu einer Zugrichtung des Siliziumeinkristalls 5 erstreckt, wie in 2 dargestellt.
  • Im Gegensatz dazu umgibt der zweite Abschnitt 152 des Kühlhilfszylinders 15 den oberen Endabschnitt 141 des Gleichrichtungszylinders 14 innerhalb der Hauptkammer 2, wie in den 1 und 2 gezeigt. Genauer gesagt umfasst der zweite Abschnitt 152 des Kühlhilfszylinders 15 einen in 2 dargestellten Rillenabschnitt 154. Der Rillenabschnitt 154 nimmt den oberen Endabschnitt 141 des Gleichrichtungszylinders 14 auf und deckt damit einen Teil einer Seitenfläche 142 des Gleichrichtungszylinders 14 ab. Die Abdeckung 153 des ersten Abschnitts 151 des Kühlhilfszylinders 15 umgibt auch den oberen Endabschnitt 141 des Gleichrichtungszylinders 14. Die Abdeckung 153 dient als Bodenabschnitt des Rillenabschnitts 154, der Teil des zweiten Abschnitts 152 ist.
  • Ein Spalt zwischen dem ersten Abschnitt 151 (genauer gesagt, dem Abdeckabschnitt 153) des Kühlhilfszylinders 15 und der Bodenfläche 132 des Kühlzylinders 13 ist in 2 mit „d“ bezeichnet. Der Spalt d beträgt vorzugsweise 1,0 mm oder weniger. Das Verhältnis eines Bereichs, der mit dem Rillenabschnitt 154 des Kühlhilfszylinders 15 bedeckt ist, zur Gesamtfläche der Seitenfläche 142 des Gleichrichtungszylinders 14 wird durch „(a/b) x 100“ ausgedrückt, indem „a“ und „b“ in 2 verwendet werden. Das Verhältnis von a/b beträgt vorzugsweise 10 % oder mehr und 35 % oder weniger. Ein Spalt zwischen dem Kühlhilfszylinder und der Seitenfläche 142 des Gleichrichtungszylinders 14 in dem Rillenabschnitt 154 des zweiten Abschnitts 152 des Kühlhilfszylinders 15 ist in 2 mit „c“ bezeichnet. Der Spalt c beträgt vorzugsweise 5 mm oder mehr und 25 mm oder weniger. Beachten Sie, dass das oben genannte „a“ ein Durchschnittswert in Umfangsrichtung ist. Dagegen ist es vorzuziehen, dass die oben genannten Werte „b“ bis „d“ in der gesamten Umfangsrichtung annähernd konstant sind. Das Verhältnis von a/b ist also vorzugsweise ein Durchschnittswert in Umfangsrichtung.
  • Während der Fall beschrieben wurde, in dem keine Öffnung in der Seitenfläche 142 des Gleichrichtungszylinders 14 vorhanden ist, kann beispielsweise eine Öffnung 143 in der Seitenfläche 142 des Gleichrichtungszylinders 14 vorgesehen sein, wie in 3 gezeigt.
  • Aufgrund eines solchen Gleichrichtungszylinders 14 mit der in 3 gezeigten Öffnung 143 in der Seitenfläche 142 wird die Strömungsgeschwindigkeit des Inertgases, das von der Öffnung 143 des Gleichrichtungszylinders 14 in Richtung eines Überwachungsfensters zur Überwachung des Ofeninneren im Zylinderabschnitt 11 strömt, erhöht, und folglich ist es möglich, den Effekt zu erzielen, dass das kohlenstoffhaltige Gas schwerer von der Innenseite des Zylinderabschnitts 11 oder von der Außenseite des Zylinderabschnitts 11 zur Seite der Siliziumschmelze 6 zurückfließen kann.
  • Die in 3 gezeigten Öffnungen 143 sind in regelmäßigen Abständen in der Umfangsrichtung der Seitenfläche 142 des Gleichrichtungszylinders 14 angebracht.
  • Die Öffnungen 143 können z. B. auf drei Achsen in Winkeln von 0°, 120° und 240° angeordnet sein. Darüber hinaus weist die Öffnung 143 vorzugsweise eine Struktur auf, deren Länge vom oberen Ende der Öffnung 143 bis zu ihrem unteren Ende 50 mm oder weniger beträgt und die einen offenen Bereich mit einer Fläche von 15 % oder weniger der gesamten Fläche der Seitenfläche 142 des Gleichrichtungszylinders 14 aufweist. Das Verhältnis des offenen Bereichs der Öffnung 143 zur Gesamtfläche der Seitenfläche 142 des Gleichrichtungszylinders 14 entspricht dem Verhältnis der in 3 gezeigten Öffnungsfläche „e“ zur Gesamtfläche „f“, d.h. einem Verhältnis von e/f.
  • Darüber hinaus weist die Öffnung 143 des Gleichrichtungszylinders 14 vorzugsweise eine Struktur auf, bei der das obere Ende der Öffnung in einer Höhe von 35 % oder weniger der Gesamthöhe des Gleichrichtungszylinders 14 positioniert ist, und die Mitte der Öffnung in einer Höhe von 30 mm oder mehr und 40 mm oder weniger vom unteren Endabschnitt des Gleichrichtungszylinders 14 vorgesehen ist.
  • Aufgrund eines solchen Gleichrichtungszylinders 14 mit der Öffnung 143 in der Seitenfläche 142 wird die Strömungsgeschwindigkeit des Inertgases, das von der Öffnung 143 des Gleichrichtungszylinders 14 in Richtung des Überwachungsfensters zur Überwachung des Ofeninneren im Zylinderabschnitt 11 strömt, erhöht, und folglich ist es möglich, den Effekt zu erzielen, dass das kohlenstoffhaltige Gas schwerer von der Innenseite des Zylinderabschnitts 11 oder von der Außenseite des Zylinderabschnitts 11 zur Seite der Siliziumschmelze 6 zurückströmen kann.
  • Nachfolgend wird ein Beispiel eines Verfahren zur Herstellung eines Einkristalls unter Verwendung der Vorrichtung zur Herstellung eines Kristalls gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben. Die Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht auf die in den 1 und 2 gezeigte Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls beschränkt, und das Verfahren zur Herstellung eines Einkristalls unter Verwendung der Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist nicht auf das nachstehend beschriebene Beispiel beschränkt.
  • Zunächst wird ein Impfkristall 4 in die Siliziumschmelze 6 eingetaucht und ruhig nach oben gezogen, während der Impfkristall 4, der Quarztiegel 7 und der Graphittiegel 8 um die Rotationsachse 18 gedreht werden, um den Siliziumeinkristall 5 in Form eines Balkens zu züchten. Währenddessen werden der Quarztiegel 7 und der Graphittiegel 8 im Gleichschritt mit dem Kristallwachstum angehoben, so dass die Höhe der Schmelzoberfläche konstant gehalten wird, um den gewünschten Durchmesser und die gewünschte Kristallqualität zu erhalten. Das Anheben des Quarztiegels 7 und des Graphittiegels 8 und die Drehung des Quarztiegels 7 und des Graphittiegels 8 können mit Hilfe des Tiegelschachts 17 durchgeführt werden.
  • Die Siliziumschmelze 6 kann durch Einfüllen des Silizium-Rohstoffs in den Quarztiegel 7 und Schmelzen des Silizium-Rohstoffs mit Hilfe des Heizers 9 gewonnen werden.
  • Das zu diesem Zeitpunkt verwendete Rohmaterial Silizium ist vorzugsweise ein hochreines Rohmaterial in Halbleiterqualität. Die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Technologie, bei der die Bodenfläche 132 des Kühlzylinders 13 mit dem ersten Abschnitt 151 des Kühlhilfszylinders 15 umgeben und der obere Endabschnitt 141 des Gleichrichtungszylinders 14 mit dem zweiten Abschnitt 152 abgedeckt wird, um die Kohlenstoffkonzentration aufgrund des Kristallherstellungsprozesses zu verringern. Durch ein hochreines Material kann eine Verunreinigung durch den Eintrag aus dem Material reduziert werden und der Einkristall mit einer niedrigen Kohlenstoffkonzentration kann sicherer hergestellt werden. Das zu diesem Zeitpunkt verwendete Rohmaterial Silizium ist vorzugsweise ein hochreines Rohmaterial in Halbleiterqualität.
  • Bei Verwendung eines Beispiels der in den 1 und 2 dargestellten Vorrichtung 1 zur Herstellung eines Einkristalls ist es möglich, die Strahlungswärme des Siliziumeinkristalls 5 und die Strahlungswärme des Hochtemperaturteils, wie z. B. des Heizers 9, ausreichend an den Kühlzylinder 13 zu übertragen und die übertragene Wärme durch Zwangskühlung mit dem Kühlmedium zu beseitigen. Auf diese Weise kann ein Siliziumeinkristall effektiv hergestellt werden.
  • In dem in den 1 und 2 gezeigten Beispiel der Vorrichtung 1 zur Herstellung eines Einkristalls ist es möglich, die Temperatur eines Raumes um den Kühlhilfszylinder 15 herum, z. B. um den Siliziumeinkristall 5 unmittelbar über der Siliziumschmelze, und die Temperatur eines Raumes, der von dem Kühlhilfszylinder 15 und dem Zylinderabschnitt 11 eingeschlossen ist, zu senken. Dadurch kann eine Reaktion zwischen dem Kohlenstoffelement in der Herstellungsvorrichtung 1 und dem aus der Siliziumschmelze 6 verdampfenden SiO verhindert und schließlich die Entstehung des kohlenstoffhaltigen Gases verhindert werden. Darüber hinaus kann der Gleichrichtungszylinder 14, bei dem der obere Endabschnitt 141 von dem zweiten Abschnitt 152 des Kühlhilfszylinders 15 umgeben ist, selbst dann, wenn die oben erwähnte Reaktion stattfindet und das kohlenstoffhaltige Gas erzeugt wird, verhindern, dass das kohlenstoffhaltige Gas in die Siliziumschmelze zurückströmt.
  • Das heißt, dass durch die Verwendung des in 1 und 2 gezeigten Beispiels der Vorrichtung 1 zur Herstellung eines Einkristalls der Einkristall mit einer niedrigen Kohlenstoffkonzentration effektiv hergestellt werden kann.
  • Darüber hinaus kann der Gleichrichtungszylinder 14 mit der in 3 gezeigten Öffnung 143 in der Seitenfläche 142 in dem in 1 und 2 gezeigten Beispiel der Vorrichtung 1 zur Herstellung eines Einkristalls verhindern, dass das kohlenstoffhaltige Gas in die Siliziumschmelze 6 zurückströmt, wie oben beschrieben.
  • [Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls nach der zweiten Ausführungsform]
  • Durch die Verwendung der Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls mit der oben erwähnten Konfiguration gemäß der zweiten Ausführungsform ist es möglich, die Temperatur eines Raums um den Kühlhilfszylinder herum zu senken und die Erzeugung des kohlenstoffhaltigen Gases durch Reaktion zwischen dem Kohlenstoffelement im Ofen und SiO, das aus der Siliziumschmelze verdampft, zu verhindern.
  • Selbst wenn die oben erwähnte Reaktion auftritt, ist es außerdem möglich, die Diffusion des kohlenstoffhaltigen Gases, das durch die oben erwähnte Reaktion erzeugt wird, in die Siliziumschmelze zu verhindern, indem der Gleichrichtungszylinder auf dem Hitzeschildglied angebracht wird und der untere Abschnitt des Kühlhilfszylinders umgeben wird, wobei der untere Abschnitt der Abschnitt ist, der vom Kühlzylinder nach unten ragt.
  • Als Ergebnis der Kombination dieser Effekte kann mit der Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Einkristall mit einer niedrigeren Kohlenstoffkonzentration als bei herkömmlichen Technologien effektiv hergestellt werden.
  • Einzelheiten der einzelnen Elemente der Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden näher beschrieben.
    • (1) Hauptkammer
    • (2) Ziehkammer
    • (3) Hitzeschildglied
  • Zu den Einzelheiten der Hauptkammer, der Ziehkammer und des Hitzeschildglieds wird auf die Beschreibung der ersten Ausführungsform verwiesen.
  • (4) Kühlzylinder
  • Der Kühlzylinder ist so vorgesehen, dass er den hochgezogenen Siliziumeinkristall umgibt, umfasst den sich vom Deckenabschnitt der Hauptkammer in Richtung der Siliziumschmelze erstreckenden Abschnitt und ist so konfiguriert, dass er durch das Kühlmedium zwangsgekühlt wird.
  • Der Kühlzylinder erstreckt sich in Richtung der Siliziumschmelze und kann im Inneren der Hauptkammer unter dem Schieberventil angebracht werden.
  • Das Kühlmedium, das den Kühlzylinder zwangsweise kühlt, ist nicht speziell begrenzt.
  • (5) Kühlhilfszylinder
  • Der Kühlhilfszylinder ist an der Innenseite des Kühlzylinders angebracht. Das Material des verwendeten Kühlhilfszylinders ist vorzugsweise mindestens eines aus der Gruppe bestehend aus einem Graphitelement, einem Kohlenstoff-Verbundelement, Edelstahl, Molybdän und Wolfram. Bei Verwendung des Kühlhilfszylinders, der aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit und hohem Emissionsvermögen besteht, kann die Strahlungswärme aus dem Hochtemperaturbereich um den Heizer oder um das Hitzeschildglied herum effektiv zum Kühlzylinder geleitet werden. Infolgedessen wird die Strahlungswärme von einem Graphitelement zu einem zu züchtenden Kristall verringert, um die Kristallwachstumsrate zu erhöhen, und gleichzeitig ist es möglich, die Erzeugung des kohlenstoffhaltigen Gases durch die Reaktion zwischen dem Kohlenstoffelement im Ofen und SiO, das aus der Siliziumschmelze verdampft, weiter zu verhindern.
  • (6) Gleichrichtungszylinder
  • Der Gleichrichtungszylinder in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist auf dem Hitzeschildglied vorgesehen, um den hochgezogenen Siliziumeinkristall zu umschließen. Der Gleichrichtungszylinder kann den hochgezogenen Siliziumeinkristall koaxial mit dem Hitzeschildglied umschließen.
  • Der Gleichrichtungszylinder ist so aufgebaut, dass er einen unteren Abschnitt des Kühlhilfszylinders, der vom Kühlzylinder nach unten ragt, mit dem oberen Abschnitt des Gleichrichtungszylinders umgibt. Daher muss die Struktur eine Struktur sein, bei der der Innendurchmesser des Gleichrichtungszylinders größer ist als der Außendurchmesser des unteren Abschnitts des Kühlhilfszylinders.
  • Durch die Verwendung des Gleichrichtungszylinders, der auf dem Hitzeschildglied vorgesehen ist und eine Struktur aufweist, bei der der obere Abschnitt den unteren Abschnitt des Kühlhilfszylinders umgibt, wobei der untere Abschnitt der Abschnitt ist, der aus dem Kühlzylinder herausragt, ist es möglich, die Diffusion des kohlenstoffhaltigen Gases in die Siliziumschmelze sicher zu verhindern, selbst wenn das kohlenstoffhaltige Gas durch die Reaktion zwischen dem Kohlenstoffelement im Ofen und dem aus der Siliziumschmelze verdampfenden SiO erzeugt wird.
  • Da die Menge des kohlenstoffhaltigen Gases, das durch die Reaktion zwischen dem Kohlenstoffelements im Ofen und dem aus der Siliziumschmelze verdampfenden SiO entsteht, proportional zur Oberfläche des Graphitelements im Ofen zunimmt, besteht der Gleichrichtungszylinder vorzugsweise aus Quarz oder Keramik, und noch bevorzugter aus synthetischem Quarz.
  • Der verwendete Gleichrichtungszylinder ist vorzugsweise so aufgebaut, dass er einen Bereich mit einer Fläche von 5 % oder mehr der Gesamtfläche der Seitenfläche des Abschnitts des Kühlhilfszylinders mit dem oberen Abschnitt des Gleichrichtungszylinders umgibt, wobei der Abschnitt des Kühlhilfszylinders nach unten aus dem Kühlzylinder herausragt.
  • Mit einer solchen Struktur kann der Effekt erzielt werden, dass das kohlenstoffhaltige Gas nicht so leicht in die Siliziumschmelze zurückfließen kann.
  • Die Obergrenze für das Verhältnis zwischen dem Bereich, der von dem oberen Abschnitt des Gleichrichtungszylinders umgeben ist, und der gesamten Seitenfläche des Abschnitts des Kühlhilfszylinders, der von dem Kühlzylinder nach unten ragt, ist zwar nicht spezifisch begrenzt, aber das Verhältnis kann z. B. 60 % oder weniger betragen.
  • Vorzugsweise wird eine Struktur gewählt, bei der der Abstand zwischen der Seitenfläche des Gleichrichtungszylinders und der Seitenfläche des Abschnitts des Kühlhilfszylinders, der vom Kühlzylinder nach unten ragt, 3 mm oder mehr und weniger als 15 mm beträgt.
  • Mit einer solchen Struktur lässt sich der Effekt, dass das kohlenstoffhaltige Gas nicht so leicht in die Siliziumschmelze zurückfließen kann, besser erreichen.
  • Die Öffnung ist vorzugsweise in der Seitenfläche des verwendeten Gleichrichtungszylinders ausgebildet.
  • Bei Verwendung eines solchen Gleichrichtungszylinders mit der Öffnung in seiner Seitenfläche wird die Strömungsgeschwindigkeit des Inertgases, das von der Öffnung des Gleichrichtungszylinders zur Außenseite des Gleichrichtungszylinders strömt, beispielsweise in Richtung des Überwachungsfensters zur Überwachung des Ofeninneren im Zylinderabschnitt, das später beschrieben wird, erhöht, und folglich ist es möglich, den Effekt zu erzielen, dass das kohlenstoffhaltige Gas schwerer von der Innenseite des Zylinderabschnitts oder von der Außenseite des Zylinderabschnitts in die Rohmaterialschmelzseite zurückfließen kann.
  • Darüber hinaus hat die Öffnung im Gleichrichtungszylinder vorzugsweise eine Struktur, bei der das obere Ende der Öffnung in einer Höhe von 35 % oder weniger der Gesamthöhe des Gleichrichtungszylinders positioniert ist, und die Mitte der Öffnung in einer Position von 30 mm oder mehr und 40 mm oder weniger vom unteren Endabschnitt des Gleichrichtungszylinders vorgesehen ist. Die Öffnungen sind vorzugsweise in regelmäßigen Abständen in Umfangsrichtung in der Seitenfläche des Gleichrichtungszylinders ausgebildet und können z. B. auf drei Achsen in Winkeln von 0°, 120° und 240° angeordnet sein. Darüber hinaus weist die Öffnung vorzugsweise eine Struktur auf, bei der die Länge von ihrem oberen Ende bis zu ihrem unteren Ende 50 mm oder weniger beträgt und ihr offener Bereich eine Fläche von 15 % oder weniger der Gesamtfläche des Gleichrichtungszylinders aufweist.
  • Eine untere Grenze für die Position des oberen Endes der Öffnung des Gleichrichtungszylinders ist nicht ausdrücklich festgelegt, aber das obere Ende der Öffnung des Gleichrichtungszylinders kann beispielsweise in einer Höhe von 5 % oder mehr der Gesamthöhe des Gleichrichtungszylinders positioniert werden.
  • Bei Verwendung eines solchen Gleichrichtungszylinders mit einer Öffnung in seiner Seitenfläche wird die Strömungsgeschwindigkeit des Inertgases, das von der Öffnung des Gleichrichtungszylinders in Richtung beispielsweise des Überwachungsfensters zur Überwachung des Ofeninneren im Zylinderabschnitt strömt, das später beschrieben wird, weiter erhöht, und folglich ist es möglich, den Effekt zu erzielen, dass das kohlenstoffhaltige Gas schwerer von der Innenseite des Zylinderabschnitts oder von der Außenseite des Zylinderabschnitts zur Rohmaterialschmelzseite zurückströmen kann.
  • (7) Sonstige
  • Eine andere als die oben beschriebene Struktur einer HZ kann mit der Struktur der allgemeinen CZ-Siliziumeinkristallherstellungsvorrichtung identisch sein.
  • Beispielsweise kann die Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls nach dem Czochralski-Verfahren mit Magnetfeldanwendung (MCZ-Verfahren) auch eine Vorrichtung zum Anlegen eines Magnetfelds an die Siliziumschmelze umfassen.
  • Nachfolgend wird ein spezifisches Beispiel der Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Eine Beschreibung eines Teils, das mit dem einer herkömmlichen Vorrichtung identisch ist, kann gegebenenfalls weggelassen werden.
  • 4 ist eine schematische Querschnittsdarstellung, die ein Beispiel für eine Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 5 ist eine vergrößerte schematische Querschnittsdarstellung, die den Umfang des Gleichrichtungszylinders der in 4 gezeigten Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls zeigt.
  • Die in den 4 und 5 dargestellte Vorrichtung 1 zur Herstellung eines Einkristalls umfasst die Hauptkammer 2, die Ziehkammer 3, den Kühlzylinder 13 und den Kühlhilfszylinder 15. Die Hauptkammer 2 enthält den Deckenabschnitt 21 und beherbergt den Quarztiegel 7 zur Aufnahme der Siliziumschmelze 6 und den Graphittiegel 8 zur Unterstützung des Quarztiegels 7. Die Ziehkammer 3 ist am oberen Abschnitt der Hauptkammer 2 über das nicht dargestellte Schieberventil durchgehend vorhanden. Der Kühlzylinder 13 umfasst einen Verlängerungsabschnitt 13a, der sich vom Deckenabschnitt 21 der Hauptkammer 2 in Richtung der Siliziumschmelze 6 erstreckt. Der Kühlhilfszylinder 15 ist an der Innenseite des Kühlzylinders 13 angebracht.
  • Wie in 5 dargestellt, umfasst der Kühlhilfszylinder 15 einen sich nach unten erstreckenden Abschnitt 15a und einen Abschnitt 15b, der an dem sich erstreckenden Abschnitt 13a des Kühlzylinders 13 vorgesehen ist. Wie in 5 dargestellt, ist der sich nach unten erstreckende Abschnitt 15a des Kühlhilfszylinders 15 innerhalb des sich erstreckenden Abschnitts 13a des Kühlzylinders 13 angeordnet und erstreckt sich von dem Abschnitt 15b nach unten. Die Dicke des Verlängerungsabschnitts 15a ist kleiner als die Dicke des Abschnitts 15b.
  • In der Hauptkammer 2 befinden sich außerdem die Tiegelhalterung 16, der Tiegelschacht 17, der Heizer 9 und der Wärmeisolator 10. Die Tiegelhalterung 16 trägt den Graphittiegel 8. Der Tiegelschacht 17 stützt die Tiegelhalterung 16. Der Heizer 9 ist so angeordnet, dass es den Graphittiegel 8 umgibt. Der Wärmeisolator 10 ist so angebracht, dass er den Heizer 9 umschließt. Der Tiegelschacht 17 ermöglicht die Rotation der Siliziumschmelze 6, des Quarztiegels 7, des Graphittiegels 8 und der Tiegelhalterung 16 um die Rotationsachse 18 sowie das Anheben und Absenken dieser Teile.
  • Der Zylinderabschnitt 11 ist am Deckenabschnitt 21 der Hauptkammer 2 angebracht. Der Zylinderabschnitt 11 erstreckt sich vom Deckenabschnitt 21 in Richtung der Siliziumschmelze 6, und das Hitzeschildglied 12, das beispielsweise aus Graphit besteht, ist am Endabschnitt des Zylinderabschnitts 11 so vorgesehen, dass es der Siliziumschmelze zugewandt ist.
  • Das Hitzeschildglied 12 hat eine solche Form, dass sein Innendurchmesser nach unten hin allmählich kleiner wird, es ist der Siliziumschmelze 6 zugewandt, hält die Strahlung von der Oberfläche der Siliziumschmelze 6 ab und hält die Temperatur der Oberfläche der Siliziumschmelze 6 hoch.
  • Der Gleichrichtungszylinder 14 ist auf dem Hitzeschildglied 12 so angebracht, dass er den Siliziumeinkristall umschließt, der koaxial mit dem Hitzeschildglied 12 hochgezogen wird.
  • Ein oberer Abschnitt 14a des Gleichrichtungszylinders 14 ist so aufgebaut, dass er einen unteren Abschnitt 15c des Kühlhilfszylinders 15 umgibt, wie in 5 dargestellt.
  • Wie oben beschrieben, kann durch die Verwendung des Kühlhilfszylinders 15 und des Gleichrichtungszylinders 14, die auf dem Hitzeschildglied 12 vorgesehen sind und so aufgebaut sind, dass sie den unteren Abschnitt 15c des Kühlhilfszylinders 15 mit seinem oberen Abschnitt 14a umgeben, die Diffusion des kohlenstoffhaltigen Gases in die Siliziumschmelze 6 verhindert werden, selbst wenn das kohlenstoffhaltige Gas durch die Reaktion zwischen dem Kohlenstoffelement in der Vorrichtung 1 zur Herstellung eines Einkristalls und dem aus der Siliziumschmelze 6 verdampfenden SiO erzeugt wird.
  • Der verwendete Gleichrichtungszylinder 14 weist vorzugsweise eine Struktur auf, bei der ein Bereich mit einer Fläche von 5 % oder mehr der Gesamtfläche einer Seitenfläche 15d eines Abschnitts des Kühlhilfszylinders 15, der vom Kühlzylinder 13 nach unten ragt, von dem oberen Abschnitt 14a des Gleichrichtungszylinders 14 umgeben ist, und weist vorzugsweise eine Struktur auf, bei der ein Abstand c2 zwischen einer Seitenfläche 14b des Gleichrichtungszylinders 14 und der Seitenfläche 15d des Abschnitts des Kühlhilfszylinders 15, der vom Kühlzylinder 13 nach unten ragt, 3 mm oder mehr und weniger als 15 mm beträgt. Durch die Verwendung einer solchen Struktur ist es möglich, den Effekt zu erzielen, dass das kohlenstoffhaltige Gas, das in dem Bereich unmittelbar über der Rohmaterialschmelze 6 und in der Nähe der Innenfläche des Zylinderabschnitts 11 vorhanden ist, schwer in die Rohmaterialschmelzseite zurückströmen kann.
  • Die gesamte Fläche der Seitenfläche 15d des Abschnitts des Kühlhilfszylinders 15, der vom Kühlzylinder 13 nach unten ragt, entspricht einer Länge b2, die in 5 dargestellt ist. Die Fläche des Bereichs, der von dem oberen Abschnitt 14a des Gleichrichtungszylinders 14 der Seitenfläche 15d des vorstehenden Abschnitts des Kühlhilfszylinders 15 umgeben (bedeckt) ist, entspricht einer in 5 dargestellten Länge a2. Das heißt, das Verhältnis von a2/b2 beträgt vorzugsweise 5 % oder mehr.
  • In dem verwendeten Gleichrichtungszylinder 14, wie in 6 dargestellt, sind in der Seitenfläche 14b vorzugsweise in regelmäßigen Abständen in Umfangsrichtung Öffnungen 14c ausgebildet, und der Gleichrichtungszylinder 14 kann beispielsweise eine Struktur aufweisen, bei der die Öffnungen auf drei Achsen in Winkeln von 0°, 120° und 240° vorgesehen sind. Darüber hinaus hat die Öffnung 14c vorzugsweise eine Struktur, bei der eine Länge von ihrem oberen Ende zu ihrem unteren Ende 50 mm oder weniger beträgt und bei der ein offener Bereich eine Fläche von 15 % oder weniger der Gesamtfläche des Gleichrichtungszylinders 14 aufweist. Darüber hinaus weist die Öffnung 14c des oben erwähnten Gleichrichtungszylinders 14 vorzugsweise eine Struktur auf, bei der das obere Ende der Öffnung in einer Höhe von 35 % oder weniger der Gesamthöhe des Gleichrichtungszylinders 14 angeordnet ist, und bei der die Mitte der Öffnung in einer Höhe von 30 mm oder mehr und 40 mm oder weniger vom unteren Endabschnitt des Gleichrichtungszylinders 14 vorgesehen ist. Das Verhältnis zwischen dem offenen Bereich der Öffnung 14c und der gesamten Fläche der Seitenfläche 14b des Gleichrichtungszylinders 14 entspricht dem Verhältnis zwischen der Fläche d2 der Öffnung und der gesamten Fläche e2, die in 6 dargestellt sind, d. h. dem Verhältnis d2/e2.
  • Durch die Verwendung eines solchen Gleichrichtungszylinders 14 mit der Öffnung 14c in der Seitenfläche 14b wird die Strömungsgeschwindigkeit des Inertgases, das von der Öffnung 14c des Gleichrichtungszylinders 14 in Richtung des Überwachungsfensters zur Überwachung des Ofeninneren im Zylinderabschnitt 11 strömt, erhöht, und folglich ist es möglich, den Effekt zu erzielen, dass das kohlenstoffhaltige Gas nur schwer vom Inneren des Zylinderabschnitts 11 oder von der Außenseite des Zylinderabschnitts 11 zur Seite der Siliziumschmelze 6 zurückströmen kann.
  • Durch die Verwendung des oben erwähnten Gleichrichtungszylinders 14 und des Kühlhilfszylinders 15 ist es möglich, gleichzeitig den Effekt zu erzielen, dass das kohlenstoffhaltige Gas, das unmittelbar über der Siliziumschmelze 6 und auf der Innen- und Außenseite des Zylinderabschnitts 11 vorhanden ist, nicht in die Seite der Siliziumschmelze 6 zurückströmen kann, und den Effekt zu erzielen, dass die Erzeugung des kohlenstoffhaltigen Gases, das Kohlenstoff enthält, durch die Reaktion zwischen dem Kohlenstoffelement im Ofen und SiO, das aus der Siliziumschmelze verdampft, verhindert wird, und als Ergebnis der Kombination dieser Effekte wird es möglich, die Kohlenstoffkonzentration im Einkristall weiter zu verringern.
  • Nachfolgend wird ein Beispiel des Verfahrens zur Herstellung eines Einkristalls unter Verwendung der erfindungsgemäßen Kristallherstellungsvorrichtung unter Bezugnahme auf die 4 und 5 beschrieben. Die Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls gemäß der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht auf die in den 4 und 5 gezeigte Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls beschränkt, und das Verfahren zur Herstellung eines Einkristalls unter Verwendung der Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls gemäß der vorliegenden Erfindung ist nicht auf das nachstehend beschriebene Beispiel beschränkt.
  • Zunächst wird der Impfkristall 4 in die Siliziumschmelze 6 eingetaucht und leise nach oben gezogen, während der Impfkristall 4, der Quarztiegel 7 und der Graphittiegel 8 um die Rotationsachse 18 gedreht werden, um den Siliziumeinkristall 5 in Form eines Balkens zu züchten. Währenddessen werden der Quarztiegel 7 und der Graphittiegel 8 im Gleichschritt mit dem Kristallwachstum angehoben, so dass die Höhe der Schmelzoberfläche konstant gehalten wird, um den gewünschten Durchmesser und die gewünschte Kristallqualität zu erhalten. Das Anheben des Quarztiegels 7 und des Graphittiegels 8 und die Drehung des Quarztiegels 7 und des Graphittiegels 8 können mit Hilfe des Tiegelschachts 17 durchgeführt werden.
  • Es ist möglich, die Siliziumschmelze 6 zu erhalten, indem man das Rohsilizium in den Quarztiegel 7 gibt und das Rohsilizium mit Hilfe des Heizers 9 schmilzt.
  • Das verwendete Rohmaterial Silizium ist vorzugsweise ein hochreines Rohmaterial in Halbleiterqualität. Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich um eine Technologie, bei der der untere Abschnitt des Abschnitts des Kühlhilfszylinders, der von dem Kühlzylinder nach unten ragt, mit dem Gleichrichtungszylinder, der auf dem Hitzeschildglied vorgesehen ist, umgeben wird, um die durch den Kristallherstellungsprozess bedingte Kohlenstoffverunreinigung zu verringern. Durch die Verwendung des hochreinen Materials ist es möglich, die Menge der Verunreinigung durch das Einbringen des Materials zu verringern und dadurch den Einkristall mit einer niedrigen Kohlenstoffkonzentration sicherer herzustellen. Das verwendete Rohmaterial Silizium ist daher vorzugsweise ein hochreines Rohmaterial in Halbleiterqualität.
  • Durch die Verwendung eines Beispiels der in den 4 und 5 gezeigten Vorrichtung 1 zur Herstellung eines Einkristalls ist es möglich, die Strahlungswärme des Siliziumeinkristalls 5 und die Strahlungswärme des Hochtemperaturteils, wie z. B. des Heizers 9, ausreichend an den Kühlzylinder 13 zu übertragen und die übertragene Wärme durch Zwangskühlung mit dem Kühlmedium zu eliminieren. Dies ermöglicht eine effektivere Herstellung des Siliziumeinkristalls 5.
  • In dem in den 4 und 5 dargestellten Beispiel der Vorrichtung 1 zur Herstellung eines Einkristalls ist es möglich, die Temperatur eines Raumes um den Kühlhilfszylinder 15, beispielsweise um den Siliziumeinkristall 5 unmittelbar über der Siliziumschmelze 6, und die Temperatur eines Raumes, der von dem Kühlhilfszylinder 15 und dem Zylinderabschnitt 11 eingeschlossen ist, zu verringern. Dadurch kann die Reaktion zwischen dem Kohlenstoffelement in der Herstellungsvorrichtung 1 und SiO, das aus der Siliziumschmelze 6 verdampft, unterdrückt werden, und schließlich kann die Erzeugung des kohlenstoffhaltigen Gases verhindert werden. Selbst wenn die oben erwähnte Reaktion auftritt und das kohlenstoffhaltige Gas erzeugt wird, kann der Gleichrichtungszylinder 14, der auf dem Hitzeschildglied 12 vorgesehen ist und dessen oberer Abschnitt 14a den unteren Abschnitt 15c des Kühlhilfszylinders 15 umgibt, außerdem verhindern, dass das kohlenstoffhaltige Gas in die Siliziumschmelze 6 zurückströmt.
  • Das heißt, durch die Verwendung des in den 4 und 5 dargestellten Beispiels der Vorrichtung 1 zur Herstellung eines Einkristalls ist es möglich, den Einkristall mit einer niedrigen Kohlenstoffkonzentration effektiv herzustellen.
  • Darüber hinaus kann bei dem in den 4 und 5 dargestellten Beispiel der Vorrichtung 1 zur Herstellung eines Einkristalls durch die Verwendung des Gleichrichtungszylinders 14 mit der in 6 dargestellten Öffnung 14c in der Seitenfläche 14b verhindert werden, dass das kohlenstoffhaltige Gas, wie oben beschrieben, in die Siliziumschmelze 6 zurückströmt.
  • [BEISPIELE]
  • Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von Beispielen und Vergleichsbeispielen näher beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die folgenden Beispiele beschränkt.
  • In allen Beispielen und Vergleichsbeispielen wurde ein Einkristall unter den nachstehend beschriebenen Bedingungen mit Hilfe einer Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls hergestellt. Es wurde ein Schmelztiegel mit einem Durchmesser von 81,28 cm (32 Zoll) verwendet. 360 kg des Rohmaterials Silizium wurden in den Tiegel gegeben und durch einen Heizer geschmolzen, und es wurde eine Siliziumschmelze erhalten. Ein Kristall mit einem Kristalldurchmesser von 300 mm wurde hochgezogen, während ein horizontales Magnetfeld an die Siliziumschmelze angelegt wurde. Aus dem Kristall mit einem Durchmesser von 300 mm wurde nach dem Hochziehen an einer Stelle jedes geraden Körperteils eine Probe entnommen, und die Kohlenstoffkonzentration wurde mit Hilfe der Fotolumineszenz (PL) bestimmt.
  • (Beispiel 1)
  • In Beispiel 1 wurde eine Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls mit einer Struktur verwendet, die derjenigen der Vorrichtung 1 zur Herstellung eines Einkristalls ähnlich ist, die unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben wurde. Das heißt, in Beispiel 1 wurde der Gleichrichtungszylinder 14 auf dem Hitzeschildglied 12 bereitgestellt, um den Siliziumeinkristall 5 einzuschließen, der koaxial mit dem Siliziumeinkristall 5 hochgezogen wird, und der Kühlhilfszylinder 15 mit der Struktur der Abdeckung des oberen Endabschnitts 141 des Gleichrichtungszylinders 14 mit dem zweiten Abschnitt 152, der der untere Abschnitt des Kühlhilfszylinders 15 ist, wurde verwendet, um den Einkristall herzustellen. Man beachte, dass ein Material des Gleichrichtungszylinders 14 zu diesem Zeitpunkt synthetischer Quarz war, und dass ein Material, das für den Kühlhilfszylinder 15 verwendet wurde, ein Graphitmaterial war, das eine Wärmeleitfähigkeit hat, die gleich oder höher ist als die von Metall und einen Emissionsgrad hat, der höher ist als der von Metall. Der verwendete Gleichrichtungszylinder 14 war ein Gleichrichtungszylinder mit einer vollständig geschlossenen Struktur ohne eine Öffnung in einer Seitenfläche davon (das Verhältnis von e/f = 0% in 3), wie in 1 und 2 gezeigt.
  • Wie in 2 gezeigt, unter der Annahme, dass das Verhältnis zwischen dem Abschnitt am oberen Abschnitt des Gleichrichtungszylinders, der mit dem Kühlhilfszylinder bedeckt ist, und der gesamten Fläche der Seitenfläche des Gleichrichtungszylinders „a/b“ ist, ein Abstand zwischen der Seitenfläche des Rillenabschnitts am unteren Abschnitt des Kühlhilfszylinders und der Seitenfläche des Gleichrichtungszylinders „c“ ist, und ein Abstand zwischen dem Kühlhilfszylinder und der Bodenfläche des Kühlzylinders war „d“, in Beispiel 1 wurde „a/b“ auf 35 % festgelegt, „c“ wurde auf 5 mm festgelegt, drei Stufen von d = 0 mm (vollständiger Kontakt), d = 1.0 mm und d = 3,0 mm wurden zur Herstellung von Einkristallen verwendet.
  • (Vergleichsbeispiel 1)
  • In Vergleichsbeispiel 1 wurde eine Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls mit einer Struktur wie in 11 gezeigt verwendet. Das heißt, in Vergleichsbeispiel 1 unterscheidet sich die Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls von der Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls in Beispiel 1 dadurch, dass ein Gleichrichtungszylinder nicht auf dem Hitzeschildglied 12 montiert wurde und ein Kühlhilfszylinder 115 ohne die Struktur der Abdeckung der Bodenfläche 132, die der Siliziumschmelze 6 zugewandt ist, des Kühlzylinders 13 zur Herstellung eines Einkristalls verwendet wurde.
  • 7 zeigt die Ergebnisse von Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1. In Beispiel 1, bei dem die Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wurde, ist zu sehen, dass der Einkristall mit einer niedrigen Kohlenstoffkonzentration bei jedem Verfestigungsverhältnis im Vergleich zu einem Fall erhalten werden konnte, bei dem die Herstellungsvorrichtung gemäß Vergleichsbeispiel 1, wie in 11 gezeigt, zur Herstellung verwendet wurde. Insbesondere in einem Fall, in dem der Spalt d zwischen dem Kühlhilfszylinder und der Bodenfläche des Kühlzylinders in Beispiel 1 0 mm betrug (vollständiger Kontakt), war es möglich, ein Ergebnis zu erhalten, das anzeigt, dass die Kohlenstoffkonzentration im Einkristall im Vergleich zu dem Fall, in dem die Herstellungsvorrichtung in Vergleichsbeispiel 1 zur Durchführung der Herstellung verwendet wurde, um etwa 89 % verringert wurde. Wie aus 7 ersichtlich, konnte bestätigt werden, dass, wenn der Spalt d zwischen dem Kühlhilfszylinder und der Bodenfläche des Kühlzylinders in Beispiel 1 1 mm oder weniger betrug, die Kohlenstoffkonzentration im Einkristall im Vergleich zu Vergleichsbeispiel 1 deutlich verringert werden konnte. Daher ist der Spalt d zwischen dem Kühlhilfszylinder und der Bodenfläche des Kühlzylinders vorzugsweise 1 mm oder weniger in der in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendeten Herstellungsvorrichtung. Selbst wenn der Spalt d zwischen dem Kühlhilfszylinder und der Bodenfläche des Kühlzylinders in Beispiel 1 3 mm betrug, war es möglich, ein Ergebnis zu erhalten, das anzeigt, dass die Kohlenstoffkonzentration im Einkristall um etwa 77 % im Vergleich zum Fall in Vergleichsbeispiel 1 verringert wurde.
  • (Beispiel 2)
  • In Beispiel 2 wurde zur Herstellung des Einkristalls eine Vorrichtung verwendet, bei der „c“ auf 5 mm und „d“ auf 1,0 mm festgelegt wurde und die jeweils zwei Stufen von a/b = 10 % und a/b = 35 % erfüllte. „a“, „b“, „c“ und „d“ sind in 2 dargestellt. Man beachte, dass auch in Beispiel 2, ähnlich wie in Beispiel 1, der Gleichrichtungszylinder 14 verwendet wurde, der die vollständig geschlossene Struktur ohne die Öffnung in der Seitenfläche aufweist (das Verhältnis von e/f = 0% in 3), wie in 1 und 2 gezeigt.
  • (Vergleichsbeispiel 2)
  • In Vergleichsbeispiel 2 wurde zur Herstellung des Einkristalls eine ähnliche Vorrichtung wie in Beispiel 2 verwendet, mit der Ausnahme, dass a/b 0 % betrug, d. h. der obere Endabschnitt 141 des Gleichrichtungszylinders 14 war nicht von dem zweiten Abschnitt 152 des Kühlhilfszylinders 15 umgeben.
  • 8 zeigt die Ergebnisse von Beispiel 2, Vergleichsbeispiel 1 und Vergleichsbeispiel 2. In Beispiel 2, in dem die Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist zu sehen, dass der Einkristall mit einer niedrigen Kohlenstoffkonzentration bei jedem Verfestigungsverhältnis im Vergleich zu dem Fall erhalten werden kann, in dem die Herstellungsvorrichtung in Vergleichsbeispiel 1, wie in 11 gezeigt, zur Herstellung verwendet wurde. Insbesondere in einem Fall, in dem das Verhältnis von a/b zwischen der Fläche des Abschnitts am oberen Endabschnitt 141 des Gleichrichtungszylinders 14, der mit dem Kühlhilfszylinder bedeckt ist, und der gesamten Fläche der Seitenfläche 142 des Gleichrichtungszylinders 14 in Beispiel 2 35% betrug, war es möglich, ein Ergebnis zu erhalten, das anzeigt, dass die Kohlenstoffkonzentration im Einkristall im Vergleich zu dem Fall, in dem die Herstellungsvorrichtung gemäß Vergleichsbeispiel 1 zur Durchführung der Herstellung verwendet wurde, um etwa 85% verringert wurde. Wie aus 8 ersichtlich ist, konnte außerdem bestätigt werden, dass die Kohlenstoffkonzentration im Einkristall im Vergleich zu den Vergleichsbeispielen 1 und 2 deutlich verringert werden konnte, wenn a/b in Beispiel 2 10% oder mehr betrug. Daher beträgt ein unterer Grenzwert des Verhältnisses zwischen der Fläche des Abschnitts am oberen Endabschnitt 141 des Gleichrichtungszylinders 14, der mit dem Kühlhilfszylinder 15 bedeckt ist, und der gesamten Fläche der Seitenfläche 142 des Gleichrichtungszylinders 14 in der in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendeten Herstellungsvorrichtung vorzugsweise 10%. In der Zwischenzeit war es in Vergleichsbeispiel 2, in dem a/b 0% war, möglich, ein Ergebnis zu erhalten, das anzeigt, dass die Kohlenstoffkonzentration in dem Einkristall um etwa 67% im Vergleich zu dem Fall in Vergleichsbeispiel 1 verringert wurde, aber das Ergebnis war unzureichend im Vergleich zu dem Ergebnis in Beispiel 2.
  • Man beachte, dass neben Beispiel 2 der Kühlhilfszylinder 15 mit einer Struktur mit a/b von 40% zur Herstellung des Einkristalls verwendet wurde. In Beispiel 2, in dem a/b 35% oder weniger betrug, war das Sichtfeld für eine Kamera zur Messung des Durchmessers im Vergleich zu einem Fall, in dem a/b 40% betrug, problemlos gewährleistet. In Anbetracht dieses Punktes ist zu erkennen, dass eine Obergrenze des Verhältnisses zwischen der Fläche des Abschnitts am oberen Endabschnitt 141 des Gleichrichtungszylinders 14, der mit dem Kühlhilfszylinder 15 bedeckt ist, und der gesamten Fläche der Seitenfläche 142 des Gleichrichtungszylinders 14 vorzugsweise 35% beträgt.
  • (Beispiel 3)
  • In Beispiel 3 wurde zur Herstellung der Einkristalle eine Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls verwendet, bei der a/b auf 35% und d auf 1,0 mm festgelegt war und die jeweils zwei Stufen von c = 5 mm und c = 25 mm erfüllte. Man beachte, dass auch in Beispiel 3, ähnlich wie in Beispiel 1, der verwendete Gleichrichtungszylinder 14 der Gleichrichtungszylinder mit der vollständig geschlossenen Struktur ohne die Öffnung in der Seitenfläche davon war (das Verhältnis von e/f = 0% in 3), wie in 1 und 2 gezeigt.
  • 9 zeigt die Ergebnisse von Beispiel 3 und Vergleichsbeispiel 1. In Beispiel 3, in dem die Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist zu sehen, dass der Einkristall mit einer niedrigen Kohlenstoffkonzentration bei jedem Verfestigungsverhältnis im Vergleich zu dem Fall erhalten werden kann, in dem die Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls gemäß Vergleichsbeispiel 1, wie in 11 gezeigt, zur Herstellung verwendet wurde. Insbesondere in einem Fall, in dem ein Abstand c zwischen der Seitenfläche des Rillenabschnitts 154 des Kühlhilfszylinders 15 und der Seitenfläche 142 des Gleichrichtungszylinders 14 in Beispiel 3 5 mm beträgt, war es möglich, ein Ergebnis zu erhalten, das anzeigt, dass die Kohlenstoffkonzentration im Einkristall im Vergleich zu dem Fall, in dem die Herstellungsvorrichtung gemäß Vergleichsbeispiel 1 zur Herstellung des Einkristalls verwendet wurde, um etwa 85% verringert wurde. Wie aus 9 ersichtlich ist, konnte bestätigt werden, dass die Kohlenstoffkonzentration im Einkristall im Vergleich zum Vergleichsbeispiel 1 verringert werden konnte, wenn c in Beispiel 3 25 mm oder weniger betrug.
  • (Beispiel 4)
  • Unter der Annahme, dass das Verhältnis zwischen der Öffnungsfläche e der Öffnung 143 in der Seitenfläche 142 des Gleichrichtungszylinders 14 und der Gesamtfläche f der Seitenfläche 142 des Gleichrichtungszylinders 14 e/f ist (dargestellt in 3), wurde in Beispiel 4 a/b auf 35%, „d“ auf 1,0 mm und „c“ auf 5 mm festgelegt wurde, wurde zur Herstellung von Einkristallen eine Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls bereitgestellt, die jedes der drei Niveaus e/f = 0 % (der Gleichrichtungszylinder hat die vollständig geschlossene Struktur), e/f = 9% und e/f = 15% erfüllt. Man beachte, dass der Gleichrichtungszylinder 14 mit e/f = 9% oder e/f = 15% die Struktur hatte, in der die Öffnungen 143 auf drei Achsen in Winkeln von 0°, 120° und 240° vorgesehen waren.
  • Zusätzlich zu den oben genannten Bedingungen wurde bei dem Gleichrichtungszylinder 14 mit e/f = 9% das obere Ende der Öffnung 143 in einer Höhe von 24% der Gesamthöhe des Gleichrichtungszylinders 14 positioniert, und die Öffnung 143 hatte eine Struktur mit einem offenen Bereich mit einer Länge von 30 mm vom oberen Ende der Öffnung 143 bis zu ihrem unteren Ende.
  • Zusätzlich zu den oben genannten Bedingungen wurde der Gleichrichtungszylinder 14 mit e/f = 15%, das obere Ende der Öffnung 143 auf einer Höhe von 35% der Gesamthöhe des Gleichrichtungszylinders 14 positioniert, und die Öffnung 143 hatte eine Struktur mit einem offenen Bereich mit einer Länge von 50 mm vom oberen Ende der Öffnung 143 bis zu ihrem unteren Ende.
  • 10 zeigt die Ergebnisse von Beispiel 4 und Vergleichsbeispiel 1. Bei Beispiel 4 unter Verwendung der Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung konnte in einem Fall, in dem das Verhältnis von a/b zwischen der Öffnungsfläche e der Öffnung 143 in der Seitenfläche 142 des Gleichrichtungszylinders 14 und der Gesamtfläche f der Seitenfläche 142 des Gleichrichtungszylinders 14 9% betrug, ein Ergebnis erzielt werden, das anzeigt, dass die Kohlenstoffkonzentration im Einkristall im Vergleich zu Vergleichsbeispiel 1, in dem die Herstellungsvorrichtung mit der herkömmlichen Struktur, wie in 11 gezeigt, zur Herstellung des Einkristalls verwendet wurde, um etwa 93% verringert wurde. Wie aus 10 ersichtlich ist, konnte bestätigt werden, dass die Kohlenstoffkonzentration im Einkristall im Vergleich zu Vergleichsbeispiel 1 deutlich verringert werden konnte, wenn e/f mehr als 0% und 15% oder weniger in Beispiel 4 betrug.
  • Darüber hinaus konnte anhand von 10 bestätigt werden, dass bei einem Verhältnis von e/f von 9% oder 15% die Kohlenstoffkonzentration im Einkristall im Vergleich zum Fall e/f = 0% (Gleichrichtungszylinder mit vollständig geschlossener Struktur) verringert wurde, d. h. die Kohlenstoffkonzentration im Einkristall wurde durch den Effekt der Öffnung in der Seitenfläche 142 des Gleichrichtungszylinders 14 weiter verringert.
  • (Beispiel 5)
  • In Beispiel 5 wurde eine Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls mit einer Struktur verwendet, die derjenigen der Vorrichtung 1 zur Herstellung eines Einkristalls ähnlich war, die unter Bezugnahme auf die 4 und 5 beschrieben wurde. Das heißt, in Beispiel 5 wurde der Gleichrichtungszylinder 14 auf dem Hitzeschildglied 12 bereitgestellt, um den Siliziumeinkristall 5 zu umschließen, der koaxial mit dem Siliziumeinkristall 5 hochgezogen wird. Außerdem wurde der untere Abschnitt 15c des Kühlhilfszylinders 15, der vom Kühlzylinder 13 nach unten ragt, mit dem oberen Abschnitt 14a des Gleichrichtungszylinders 14 auf dem Hitzeschildglied 12 abgedeckt und umgeben. Die Vorrichtung 1 zur Herstellung eines Einkristalls mit einem solchen Gleichrichtungszylinder und einem solchen Kühlhilfszylinder wurde zur Herstellung von Einkristallen verwendet.
  • Man beachte, dass das Material des Gleichrichtungszylinders 14 zu diesem Zeitpunkt synthetischer Quarz war, und dass das Material des Kühlhilfszylinders 15 ein Graphitmaterial war, das eine Wärmeleitfähigkeit hat, die gleich oder höher ist als die von Metall, und einen Emissionsgrad hat, der höher ist als der von Metall.
  • Wie in 5, unter der Annahme, dass ein Verhältnis zwischen der gesamten Fläche der Seitenfläche 15d eines Abschnitts des Kühlhilfszylinders 15, der von dem Kühlzylinder 13 nach unten ragt, und der Fläche eines Abschnitts des unteren Abschnitts des Kühlhilfszylinders 15c, der mit dem Gleichrichtungszylinder 14 bedeckt ist, a2/b2 war, ein Abstand zwischen der Seitenfläche 15d des Abschnitts des Kühlhilfszylinders 15, der von dem Kühlzylinder 13 nach unten vorsteht, und der Seitenfläche 14b des Gleichrichtungszylinders 14 war „c2“ , ein Verhältnis zwischen einer Öffnungsfläche d2 der Öffnung 14c in der Seitenfläche 14b des Gleichrichtungszylinders und der gesamten Fläche e2 der Seitenfläche 14b des Gleichrichtungszylinders war „d2/e2“ (dargestellt in 6), in Beispiel 5 wurde „c2“ auf 3 mm festgelegt, „d2/e2“ wurde auf 0% festgelegt (vollständig geschlossene Struktur), und zwei Stufen von „a2/b2“ = 5% und „a2/b2“ = 45% wurden zur Herstellung von Einkristallen vorbereitet.
  • (Vergleichsbeispiel 3)
  • In Vergleichsbeispiel 3 wurde eine Vorrichtung 200 zur Herstellung eines Einkristalls mit einer Struktur wie in 11 gezeigt verwendet. Das heißt, in Vergleichsbeispiel 3 wurde die Vorrichtung 200 zur Herstellung eines Einkristalls, die sich von der Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls in Beispiel 5 dadurch unterscheidet, dass ein Gleichrichtungszylinder nicht auf dem Hitzeschildglied 12 montiert war und nur der Kühlhilfszylinder 15 verwendet wurde, zur Herstellung eines Einkristalls verwendet.
  • (Vergleichsbeispiel 4)
  • In Vergleichsbeispiel 4 wurde zur Herstellung eines Einkristalls eine ähnliche Vorrichtung wie in Beispiel 5 verwendet, mit der Ausnahme, dass a2/b2 0% betrug, d. h. der untere Abschnitt 15c des Abschnitts des Kühlhilfszylinders 15, der vom Kühlzylinder 13 nach unten ragt, war nicht mit dem oberen Abschnitt 14a des Gleichrichtungszylinders 14 bedeckt.
  • 12 zeigt die Ergebnisse von Beispiel 5, Vergleichsbeispiel 3 und Vergleichsbeispiel 4. In einem Fall, in dem das Verhältnis von a2/b2 zwischen der gesamten Fläche der Seitenfläche 15b des Abschnitts des Kühlhilfszylinders 15, der von dem Kühlzylinder 13 nach unten ragt, und der Fläche des Abschnitts des unteren Abschnitts des Kühlhilfszylinders 15c, der mit dem oberen Abschnitt 14a des Gleichrichtungszylinders 14 bedeckt ist, in Beispiel 5 unter Verwendung eines Beispiels der Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung 45% betrug, war es möglich, ein Ergebnis zu erhalten, das anzeigt, dass die Kohlenstoffkonzentration in dem Einkristall um etwa 68% im Vergleich zu dem Fall verringert wurde, in dem die Herstellungsvorrichtung in Vergleichsbeispiel 3, wie in 11 gezeigte Herstellungsvorrichtung verwendet wurde. Wie aus 12 ersichtlich ist, konnte außerdem bestätigt werden, dass die Kohlenstoffkonzentration im Einkristall im Vergleich zu Vergleichsbeispiel 3 erheblich verringert werden konnte, wenn a2/b2 in Beispiel 5 5% oder mehr betrug. In Vergleichsbeispiel 4, in dem a2/b2 0 % betrug, war es möglich, ein Ergebnis zu erhalten, das anzeigt, dass die Kohlenstoffkonzentration im Einkristall um etwa 18% im Vergleich zum Fall in Vergleichsbeispiel 3 verringert wurde, aber das Ergebnis war im Vergleich zum Ergebnis in Beispiel 5 unzureichend.
  • (Beispiel 6)
  • In Beispiel 6 wurde a2/b2 auf 5% und d2/e2 auf 0% festgelegt (vollständig geschlossene Struktur), und zur Herstellung des Einkristalls wurden zwei Ebenen von c2 = 3 mm und c2 = 15 mm vorgesehen.
  • 13 zeigt die Ergebnisse von Beispiel 6 und Vergleichsbeispiel 3. In einem Fall, in dem der Abstand c2 zwischen der Seitenfläche 15d des Abschnitts des Kühlhilfszylinders 15, der von dem Kühlzylinder 13 nach unten ragt, und der Seitenfläche 14b des Gleichrichtungszylinders in Beispiel 6 unter Verwendung eines Beispiels der Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung 3 mm betrug, war es möglich, ein Ergebnis zu erhalten, das anzeigt, dass die Kohlenstoffkonzentration in dem Einkristall im Vergleich zu dem Fall, in dem die Herstellungsvorrichtung gemäß Vergleichsbeispiel 3 zur Durchführung der Herstellung verwendet wurde, um etwa 58% verringert wurde. Wie aus 13 ersichtlich ist, konnte außerdem bestätigt werden, dass die Kohlenstoffkonzentration im Einkristall im Vergleich zu Vergleichsbeispiel 3 deutlich verringert werden konnte, wenn der Abstand c2 in Beispiel 6 15 mm oder weniger betrug. Aus diesen Ergebnissen geht hervor, dass, wenn der Abstand c2 in Beispiel 6 15 mm oder weniger beträgt, eine niedrigere Kohlenstoffkonzentration erreicht werden konnte.
  • Man beachte, dass außer in Beispiel 6 der Gleichrichtungszylinder 14 mit c2 von 2 mm zur Herstellung des Einkristalls verwendet wurde. In Beispiel 6, in dem der Abstand c2 3 mm oder mehr betrug, gab es zum Zeitpunkt der Einstellung des Gleichrichtungszylinders 14 nur eine geringe Interferenz zwischen dem Gleichrichtungszylinder 14 und dem unteren Teil 15c des Kühlhilfszylinders 15 im Vergleich zu dem Fall, in dem der Abstand c2 2 mm betrug, und es war möglich, einen Vorgang problemlos fortzusetzen. Daraus ist ersichtlich, dass ein unterer Grenzwert e des Abstands zwischen der Seitenfläche 15b des Abschnitts des Kühlhilfszylinders 15, der vom Kühlzylinder 13 nach unten ragt, und der Seitenfläche 14b des Gleichrichtungszylinders vorzugsweise 3 mm beträgt.
  • (Beispiel 7)
  • In Beispiel 7 wurde a2/b2 auf 5% festgelegt, „c2“ wurde auf 3 mm festgelegt, und drei Ebenen von d2/e2 = 0 %, d2/e2 = 9% und d2/e2 = 15%, wie in 6 gezeigt, wurden zur Herstellung des Einkristalls vorgesehen. Man beachte, dass der Gleichrichtungszylinder 14 mit d2/e2 = 9% oder d2/e2 = 15% die Struktur hatte, in der Öffnungen 14c auf drei Achsen in Winkeln von 0°, 120° und 240° vorgesehen waren.
  • Zusätzlich zu den oben genannten Bedingungen wurde bei dem Gleichrichtungszylinder mit d2/e2 = 9% das obere Ende der Öffnung 14c auf einer Höhe von 24% der Gesamthöhe des Gleichrichtungszylinders 14 positioniert, und die Öffnung 14c hatte eine Struktur mit einem offenen Bereich mit einer Länge von 30 mm vom oberen Ende der Öffnung 14c bis zu ihrem unteren Ende.
  • Zusätzlich zu den oben genannten Bedingungen wurde der Gleichrichtungszylinder mit d2/e2 = 15%, das obere Ende der Öffnung 14c in einer Höhe von 35% der Gesamthöhe des Gleichrichtungszylinders 14 positioniert, und die Öffnung 14c hatte eine Struktur mit einem offenen Bereich mit einer Länge von 50 mm vom oberen Ende der Öffnung 14c zum unteren Ende davon.
  • 14 zeigt die Ergebnisse von Beispiel 7 und Vergleichsbeispiel 3. In einem Fall, in dem d2/e2 9% betrug und das obere Ende der Öffnung 14c auf einer Höhe von 24% der Gesamthöhe des Gleichrichtungszylinders 14 in Beispiel 7 unter Verwendung eines Beispiels der Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung positioniert war, war es möglich, ein Ergebnis zu erhalten, das anzeigt, dass die Kohlenstoffkonzentration in dem Einkristall um etwa 76% im Vergleich zu dem Fall verringert wurde, in dem die Herstellungsvorrichtung in Vergleichsbeispiel 3, wie in 11 gezeigt, zur Durchführung der Herstellung verwendet wurde. Darüber hinaus konnte, wie aus 14 ersichtlich, bestätigt werden, dass in einem Fall, in dem d2/e2 15% oder weniger betrug und das obere Ende der Öffnung 14c auf einer Höhe von 35% oder weniger der Gesamthöhe des Gleichrichtungszylinders 14 in Beispiel 7 positioniert war, die Kohlenstoffkonzentration im Einkristall im Vergleich zu Vergleichsbeispiel 3 erheblich verringert werden konnte.
  • Darüber hinaus ist aus diesen Ergebnissen ersichtlich, dass durch die Einstellung des Verhältnisses von d2/e2 auf 15% oder weniger und die Positionierung des oberen Endes der Öffnung 14c auf einer Höhe von 35% oder weniger der Gesamthöhe des Gleichrichtungszylinders 14 in Beispiel 7 eine niedrigere Kohlenstoffkonzentration erreicht werden konnte. Es kann angenommen werden, dass dies darauf zurückzuführen ist, dass durch die Einstellung des Verhältnisses von d2/e2 auf 15% oder weniger und die Positionierung des oberen Endes der Öffnung 14c auf einer Höhe von 35% oder weniger der Gesamthöhe des Gleichrichtungszylinders 14 in Beispiel 7 die Strömungsgeschwindigkeit des Inertgases, das von der Öffnung 14c des Gleichrichtungszylinders 14 in Richtung des Überwachungsfensters zur Überwachung des Ofeninneren im Zylinderabschnitt 11 strömt, erhöht wurde, ein Phänomen, dass das kohlenstoffhaltige Gas, das im Inneren des Zylinderabschnitts 11 vorhanden ist, in die Seite der Rohmaterialschmelze 6 zurückströmt, wurde verhindert, und folglich konnte eine Kohlenstoffkonzentration im Einkristall weiter verringert werden. Das heißt, es ist aus den Ergebnissen von Beispiel 7 ersichtlich, dass in der Vorrichtung 1 zur Herstellung eines Einkristalls gemäß der vorliegenden Erfindung, die Einstellung des Verhältnisses d/e zwischen der Öffnungsfläche d der Öffnung 14c in der Gleichrichtungszylinderseitenfläche 14b und der Gesamtfläche e der Gleichrichtungszylinderseitenfläche 14b auf 15% oder weniger und die Positionierung des oberen Endes der Öffnung 14c auf einer Höhe von 35% oder weniger der Gesamthöhe des Gleichrichtungszylinders 14 die Strömungsgeschwindigkeit des Inertgases, das von der Öffnung 14c des Gleichrichtungszylinders 14 in Richtung des Überwachungsfensters zur Überwachung des Ofeninneren im Zylinderabschnitt 11 strömt, ausreichend aufrechterhalten kann, was vorzuziehen ist.
  • Es ist zu beachten, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist. Die Ausführungsformen sind nur Beispiele, und alle Beispiele, die im Wesentlichen die gleichen Merkmale aufweisen und die gleichen Funktionen und Wirkungen zeigen wie die in dem technischen Konzept, das in den Ansprüchen der vorliegenden Erfindung offenbart ist, sind in den technischen Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung einbezogen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Claims (12)

  1. Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls für die Züchtung eines Einkristalls unter Verwendung eines Czochralski-Verfahrens, wobei die Vorrichtung umfasst: eine Hauptkammer mit einem Deckenabschnitt, in der ein Tiegel zur Aufnahme einer Siliziumschmelze untergebracht ist; eine Ziehkammer, die kontinuierlich an einem oberen Abschnitt des Deckenabschnitts der Hauptkammer über ein Schieberventil vorgesehen ist und so konfiguriert ist, dass sie einen Siliziumeinkristall enthält, der aus der Siliziumschmelze hochgezogen werden soll; ein Hitzeschildglied, das so vorgesehen ist, dass es der im Tiegel enthaltenen Siliziumschmelze zugewandt ist; einen Gleichrichtungszylinder, der auf dem Hitzeschildglied vorgesehen ist, um den hochgezogenen Siliziumeinkristall zu umschließen; einen Kühlzylinder, der so vorgesehen ist, dass er den hochgezogenen Siliziumeinkristall umgibt, und der einen Verlängerungsabschnitt umfasst, der sich von dem Deckenabschnitt der Hauptkammer in Richtung der Siliziumschmelze erstreckt, und der so konfiguriert ist, dass er durch ein Kühlmedium zwangsweise gekühlt wird; und einen Kühlhilfszylinder, der im Inneren des Kühlzylinders angebracht ist, wobei der sich erstreckende Abschnitt des Kühlzylinders eine Bodenfläche aufweist, die der Siliziumschmelze zugewandt ist, und wobei der Kühlhilfszylinder mindestens einen ersten Abschnitt aufweist, der die Bodenfläche des Kühlzylinders umgibt, und einen zweiten Abschnitt, der einen oberen Endabschnitt des Gleichrichtungszylinders umgibt.
  2. Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls nach Anspruch 1, wobei der Gleichrichtungszylinder aus synthetischem Quarz hergestellt ist.
  3. Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Kühlhilfszylinder mindestens ein Element enthält, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Graphitelement, einem Kohlenstoff-Verbundelement, rostfreiem Stahl, Molybdän und Wolfram besteht, und wobei der erste Abschnitt des Kühlhilfszylinders so aufgebaut ist, dass er die Bodenfläche des Kühlzylinders abdeckt, und ein Spalt zwischen dem ersten Abschnitt des Kühlhilfszylinders und der Bodenfläche des Kühlzylinders 1,0 mm oder weniger beträgt.
  4. Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der zweite Abschnitt des Kühlhilfszylinders einen Rillenabschnitt umfasst, der einen Bereich mit einer Fläche von 10% oder mehr und 35% oder weniger einer Gesamtfläche einer Seitenfläche des Gleichrichtungszylinders abdeckt.
  5. Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls nach Anspruch 4, wobei ein Abstand zwischen jeder der Seitenflächen des oberen Endabschnitts des Gleichrichtungszylinders und einer Seitenfläche des Rillenabschnitts des zweiten Abschnitts des Kühlhilfszylinders 5 mm oder mehr und 25 mm oder weniger beträgt.
  6. Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Gleichrichtungszylinder eine Öffnung in einer seiner Seitenflächen aufweist und die Öffnung des Gleichrichtungszylinders an einer solchen Position ausgebildet ist, dass eine Höhe eines oberen Endes der Öffnung des Gleichrichtungszylinders 35% oder weniger einer Gesamthöhe des Gleichrichtungszylinders beträgt.
  7. Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls für die Züchtung eines Einkristalls unter Verwendung eines Czochralski-Verfahrens, wobei die Vorrichtung umfasst: eine Hauptkammer mit einem Deckenabschnitt, in der ein Tiegel zur Aufnahme einer Siliziumschmelze untergebracht ist; eine Ziehkammer, die kontinuierlich an einem oberen Abschnitt des Deckenabschnitts der Hauptkammer über ein Schieberventil vorgesehen ist und so konfiguriert ist, dass sie einen Siliziumeinkristall enthält, der aus der Siliziumschmelze hochgezogen werden soll; ein Hitzeschildglied, das so vorgesehen ist, dass es der im Tiegel enthaltenen Siliziumschmelze zugewandt ist; einen Gleichrichtungszylinder, der auf dem Hitzeschildglied vorgesehen ist, um den hochgezogenen Siliziumeinkristall zu umschließen; einen Kühlzylinder, der so vorgesehen ist, dass er den hochgezogenen Siliziumeinkristall umgibt, und der einen Verlängerungsabschnitt umfasst, der sich von dem Deckenabschnitt der Hauptkammer in Richtung der Siliziumschmelze erstreckt, und der so konfiguriert ist, dass er durch ein Kühlmedium zwangsweise gekühlt wird; und einen Kühlhilfszylinder, der im Inneren des Kühlzylinders angebracht ist, wobei ein oberer Abschnitt des Gleichrichtungszylinders eine Struktur aufweist, die einen unteren Abschnitt des Kühlhilfszylinders umgibt, wobei der untere Abschnitt ein Abschnitt ist, der von dem Kühlzylinder nach unten vorsteht.
  8. Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls nach Anspruch 7, wobei der Gleichrichtungszylinder aus synthetischem Quarz hergestellt ist.
  9. Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls nach Anspruch 7 oder 8, wobei ein Material des Kühlhilfszylinders mindestens eines ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Graphitelement, einem Kohlenstoff-Verbundelement, rostfreiem Stahl, Molybdän und Wolfram besteht.
  10. Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei der Gleichrichtungszylinder so aufgebaut ist, dass er einen Bereich mit einer Fläche von 5% oder mehr einer Gesamtfläche einer Seitenfläche des Abschnitts des Kühlhilfszylinders, der vom Kühlzylinder nach unten vorsteht, mit einem oberen Abschnitt des Gleichrichtungszylinders umgibt.
  11. Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei ein Abstand zwischen einer Seitenfläche des Gleichrichtungszylinders und einer Seitenfläche des Abschnitts des Kühlhilfszylinders, der vom Kühlzylinder nach unten vorsteht, 3 mm oder mehr und weniger als 15 mm beträgt.
  12. Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls nach einem der Ansprüche 7 bis 11, wobei der Gleichrichtungszylinder eine Öffnung in einer seiner Seitenflächen aufweist und die Öffnung des Gleichrichtungszylinders an einer solchen Position ausgebildet ist, dass eine Höhe eines oberen Endes der Öffnung des Gleichrichtungszylinders 35% oder weniger einer Gesamthöhe des Gleichrichtungszylinders beträgt.
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