DE19711922A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Ziehen eines Einkristalls - Google Patents
Vorrichtung und Verfahren zum Ziehen eines EinkristallsInfo
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Description
Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Ziehen eines
Einkristalls aus Silicium, umfassend ein Element, das den an
einer Kristallisationsgrenze wachsenden Einkristall ringförmig
umgibt und eine dem Einkristall gegenüberliegende Fläche auf
weist. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Zie
hen eines Einkristalls aus Silicium, bei dem der Einkristall
mit einer Ziehgeschwindigkeit V gezogen wird, die so gewählt
ist, daß der Quotient V/G den Wert 1,3.10-3 cm2min-1K-1
±10% annimmt, wobei G der axiale Temperaturgradient im Bereich
der Kristallisationsgrenze ist.
Es ist beispielsweise in der DE-44 14 947 A1 beschrieben, daß
Halbleiterscheiben aus Silicium, die von einem Einkristall ab
getrennt wurden, einen sogenannten Stapelfehlerkranz aufweisen
können. Das Auftreten eines Stapelfehlerkranzes steht in engem
Zusammenhang mit der Ziehgeschwindigkeit V und dem axialen
Temperaturgradienten G im Bereich der Kristallisationsgrenze.
Gemäß der empirisch gefundenen Formel V/G = 1,3.10-3
cm2min-1K-1 läßt sich eine untere Ziehgeschwindigkeit angeben,
bei deren Überschreiten ein Stapelfehlerkranz gerade aufzutre
ten beginnt.
Im Stand der Technik ist ferner beschrieben, daß der Stapel
fehlerkranz Gebiete der Halbleiterscheibe trennt, die durch
das Vorhandensein unterschiedlicher Defekttypen und Defekt
dichten charakterisiert sind (E. Dornberger und W.v.Ammon,
Journal Of The Electrochemical Society, Vol. 143, No. 5, 1996).
Dieser Literaturstelle ist auch zu entnehmen, daß der axiale
Temperaturgradient bei den üblicherweise praktizierten Zieh
verfahren im Bereich der Kristallisationsgrenze nicht konstant
ist, sondern sich, von der Kristallachse aus betrachtet, in
radialer Richtung ändert.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Änderung des
axialen Temperaturgradienten im Bereich der
Kristallisationsgrenze in radialer Richtung weitgehend zu
vermeiden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zum Ziehen
eines Einkristalls aus Silicium, umfassend ein Element, das
den an einer Kristallisationsgrenze wachsenden Einkristall
ringförmig umgibt und eine dem Einkristall gegenüberliegende
Fläche aufweist, und dadurch gekennzeichnet ist, daß das Ele
ment den Einkristall im wesentlichen in Höhe der Kristallisa
tionsgrenze umgibt und die Eigenschaft aufweist, vom Einkri
stall abgestrahlte Wärmestrahlung zu reflektieren oder Wär
mestrahlung abzustrahlen.
Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren zum Ziehen
eines Einkristalls aus Silicium, bei dem der Einkristall mit
einer Ziehgeschwindigkeit V gezogen wird, die so gewählt ist,
daß der Quotient V/G den Wert 1,3.10-3 cm2min-1K-1 ±10% an
nimmt, wobei G der axiale Temperaturgradient im Einkristall im
Bereich der Kristallisationsgrenze ist, das dadurch gekenn
zeichnet ist, daß der Einkristall mit einem ihn im wesentli
chen in Höhe der Kristallisationsgrenze umgebenden Element
thermisch beeinflußt wird.
Die mit Hilfe der Erfindung erzielbare Vergleichmäßigung des
axialen Temperaturgradienten G im Bereich der Kristallisati
onsgrenze ermöglicht die Herstellung von Halbleiterscheiben
mit definiert einstellbarer Defektcharakteristik.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand einer Figur be
schrieben. Es sind nur solche Merkmale dargestellt, die zum
Verständnis der Erfindung beitragen. Die Figur zeigt schema
tisch die Ansicht eines Längsschnitts durch einen wachsenden
Einkristall. Wegen der Achsensymmetrie ist nur die rechte
Hälfte dargestellt.
Der Einkristall 1 wächst an einer Kristallisationsgrenze 2.
Das zum Wachsen benötigte Material wird von einer Schmelze 3
geliefert. Um den Einkristall herum ist ein an sich bekannter
Hitzeschild 4 angeordnet. Dieser ist im Bereich der Kristalli
sationsgrenze mit einem Element 5 verbunden, das bis zu einem
Abstand D an den Einkristall heranreicht. Der Abstand D be
trägt vorzugsweise 10 bis 50 mm. Das Element 5 weist eine dem
Einkristall 1 gegenüberliegende Fläche 6 auf und erstreckt
sich in Ziehrichtung über eine Höhe H. Die Höhe H beträgt vor
zugsweise 25 bis 100 mm. Die Fläche 6 ist gegenüber der Längs
achse 7 des Einkristalls vorzugsweise zum Einkristall hin ge
neigt. Der Winkel α beträgt vorzugsweise 0 bis 60°. Die Fläche
muß nicht notwendigerweise eben sein, sondern kann beispiels
weise auch konkav oder konvex ausgebildet sein.
Das Element 5 ist im wesentlichen in Höhe der Kristallisa
tionsgrenze 2 angeordnet, so daß der Bereich der Kristallisa
tionsgrenze mit Hilfe des Elements thermisch beeinflußt werden
kann. Zum Bereich der Kristallisationsgrenze wird im Sinne der
Erfindung die Kristallisationsgrenze 2 und ein bis zu 2 mm in
den Einkristall reichender Bereich gerechnet.
Um eine Vergleichmäßigung des axialen Temperaturgradienten in
radialer Richtung mit Hilfe des Elements erreichen zu können,
muß dieses vom Einkristall abgestrahlte Wärmestrahlung gut re
flektieren oder in der Lage sein, den Einkristall mit Wärme zu
beaufschlagen. Im ersten Fall besteht das Element 5 oder zu
mindest seine Fläche 6 aus einem Material mit hoher Reflek
tionswirkung für Wärmestrahlung, beispielsweise aus Molybdän
oder poliertem Graphit. Im zweiten Fall ist das Element 5 als
Heizelement, vorzugsweise als Widerstandsheizung ausgebildet.
Zur weiteren Verbesserung der radialen Homogenität von G kann
oberhalb des Elements aktiv gekühlt werden, beispielsweise in
dem oberhalb des Elements eine Einrichtung zur aktiven Kühlung
vorgesehen wird, wie sie beispielsweise in der US-5,567,399
beschrieben ist.
Das Element 5 muß nicht mit einem Hitzeschild 4 verbunden
sein. Es kann auch unabhängig von einem Hitzeschild an einer
Halterung befestigt sein.
Claims (9)
1. Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls aus Silicium,
umfassend ein Element, das den an einer Kristallisationsgrenze
wachsenden Einkristall ringförmig umgibt und eine dem Einkri
stall gegenüberliegende Fläche aufweist, dadurch gekennzeich
net, daß das Element den Einkristall im wesentlichen in Höhe
der Kristallisationsgrenze umgibt und die Eigenschaft auf
weist, vom Einkristall abgestrahlte Wärmestrahlung zu reflek
tieren oder Wärmestrahlung abzustrahlen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Element mit dem unteren Rand eines den Einkristall umge
benden Hitzeschilds verbunden ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Fläche des Elements in Bezug auf die
Längsachse des Einkristalls mit einem bestimmten Winkel zum
Einkristall geneigt ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Element eine Höhe H aufweist, die 25 bis
100 mm lang ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Element bis zu einem Abstand D von 10
bis 50 mm an den Einkristall heranreicht.
6. Verfahren zum Ziehen eines Einkristalls aus Silicium, bei
dem der Einkristall mit einer Ziehgeschwindigkeit V gezogen
wird, die so gewählt ist, daß der Quotient V/G den Wert 1,3.10-3
cm2min-1K-1 ±10% annimmt, und G der axiale Temperatur
gradient im Einkristall im Bereich der Kristallisationsgrenze
ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Einkristall mit einem ihn
im wesentlichen in Höhe der Kristallisationsgrenze umgebenden
Element thermisch beeinflußt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß vom
Einkristall kommende Wärmestrahlung mit Hilfe des Elements re
flektiert wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der
Einkristall mit Hilfe des Elements mit Wärmestrahlung beauf
schlagt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekenn
zeichnet, daß oberhalb des Elements aktiv gekühlt wird.
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