DE10110697A1

DE10110697A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Züchten von Halbleitereinkristallen

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Publication number: DE10110697A1
Application number: DE10110697A
Authority: DE
Inventors: Masahito Watanabe; Minoru Eguchi
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2000-03-06
Filing date: 2001-03-06
Publication date: 2001-11-29
Anticipated expiration: 2021-03-07
Also published as: US6497761B2; JP3512074B2; DE10110697B4; US20010047749A1; JP2001247394A

Abstract

Eine Vorrichtung zum Züchten eines Halbleiter-Einkristalls ist geschaffen, die es ermöglicht, einen schweren Halbleiter-Einkristall mit einem Gewicht von 100 kg oder höher selbst dann zu züchten, wenn der wachsende Einkristall einen Hals aufweist. In der Vorrichtung sind erste und zweite Elektroden so vorgesehen, daß die ersten Enden der ersten und zweiten Elektroden elektrisch mit der Stromversorgung verbunden sind und die zweiten Enden der ersten und zweiten Elektroden die Schmelze in dem Schmelztiegel kontaktieren. Während des Züchtvorganges wird eine spezifische Spannung an die ersten Enden der ersten und zweiten Elektroden angelegt, wodurch ein elektrischer Strompfad gebildet wird, der die zweiten Enden der ersten und zweiten Elektroden in der Schmelze verbindet. Das Magnetfeld wird durch den Magnetfeldgenerator so erzeugt, daß es den elektrischen Strompfad in der Schmelze schneidet. Durch den aus der Schmelze wachsenden Einkristall fließt kein elektrischer Strom.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Technik zum Züchten von Einkristallen aus Halbleiter, wie beispielsweise Sili zium (Si), unter Verwendung des allgemein bekannten Czochralski-Züchtverfahrens und insbesondere eine Vorrich tung und ein Verfahren für das Züchten eines Halbleiter- Einkristalls, bei dem eine Halbleiterschmelze in einem ro tierenden Schmelztiegel mit einem Magnetfeld beaufschlagt wird, während an die Schmelze so ein elektrischer Strom an gelegt ist, daß dieser sich mit dem Magnetfeld schneidet, wodurch ein Halbleiter-Einkristall ausgehend von seinem Kristallkeim gezüchtet wird.

Halbleiter-Einkristall-Wafer, die als Substrate für ultra große integrierte Elektronikvorrichtungen (ULSIs) verwendet worden sind, werden aus einem Rohblock aus einem Halblei ter-Einkristall (beispielsweise Si) hergestellt. Ein Roh block eines Halbleiter-Einkristalls wird typischerweise durch die Kristallzüchtung aus einer Halbleiterschmelze un ter Verwendung des Czochralski-Verfahrens erhalten.

Bei dem Czochralski-Verfahren wird üblicherweise ein ge wünschter Halbleiter-Einkristall vertikal aus einer rotie renden Schmelze dieses Halbleiters in einer horizontalen Ebene unter Verwendung eines Kristallkeims gezogen, während der gezüchtete Einkristall in einer zur Drehung der Schmelze entgegengesetzten Richtung gedreht wird. Die Schmelze wird in einem Schmelztiegel gehalten und wird durch eine Heizvorrichtung, die um den Schmelztiegel herum vorgesehen ist, mit Hitze beaufschlagt. Der die Schmelze enthaltende Schmelztiegel wird während des gesamten Zücht prozesses in einer Horizontalebene mechanisch gedreht. Dies ist deshalb der Fall, um die Temperaturverteilung in der Schmelze zur vertikalen Zugachse für den Kristall (das heißt der Züchtachse des Kristalls) axial-symmetrisch zu gestalten. Infolge der mechanischen Rotation des Schmelz tiegels variiert die Konzentration der in dem Kristall do tierten Fremdatome.

Die Konzentration der Fremdatome, die in den wachsenden Kristall eingeleitet werden, variiert auch infolge der Mi schung an der Grenzfläche zwischen dem wachsenden Kristall und der Schmelze, wenn die Züchtzeit erhöht wird. Somit be steht ungeachtet dessen, daß die Fremdatomkonzentration gut geregelt ist, die Tendenz, daß zwischen den früheren und späteren Stufen des Kristallzüchtvorganges eine auffallende Differenz besteht. Unter Berücksichtigung dieses Nachteiles werden sowohl der Kristall als auch der Schmelztiegel ge dreht, um die Fremdatomkonzentration in dem so gezüchteten Kristall gleichförmig zu machen.

Bei dem vorstehend beschriebenen, herkömmlichen Czochralski-Verfahren, bei dem der Kristall und der Schmelztiegel während des Züchtvorganges mechanisch gedreht werden, besteht die Tendenz, daß die Rotation des gezüchte ten Kristalles mit dem Größerwerden des Durchmessers des Kristalles schwieriger wird. Insbesondere führt diese Ten denz zu einem ernsthaften Problem bei der Siliziumkristall züchtung.

Für das Züchten eines Silizium-Einkristalls ist spezifi scherweise der Schmelztiegel aus einem gesinterten Silizi umoxid hergestellt und daher neigt der im Siliziumoxid exi stierende Sauerstoff zur Auflösung in den wachsenden Kri stall. Aus diesem Grund muß die Konzentration des Sauer stoffes zusammen mit der Konzentration der intendierten Fremdatome während des Züchtvorganges gut gesteuert werden. Bei dem vorstehend beschriebenen herkömmlichen Verfahren, bei dem der Kristall und der Schmelztiegel mechanisch ge dreht werden, ist es jedoch schwierig, die axiale Fluktua tion der Fremdatomkonzentration entlang der Ziehachse in dem gezüchteten Kristall unterhalb von 1% zu drücken. Um den Schmelztiegel mit großem Durchmesser mechanisch zu dre hen, ist auch eine große Vorrichtung oder ein großes Unter system erforderlich. Als ein Ergebnis wurde es schwieriger, einen Silizium-Einkristall mit großem Durchmesser zu züch ten.

Die Schwierigkeit bei dem vorstehend beschriebenen herkömm lichen Verfahren kann durch die Technik gelöst werden, die in der japanischen Patentschrift 2,959,543, ausgegeben im Oktober 1999, der Erfinder der vorliegenden Erfindung, M. Watanabe und M. Eguchi, offenbart ist. Bei der in diesem Patent offenbarten Technik wird eine Halbleiterschmelze mit einem spezifischen Magnetfeld beaufschlagt und gleichzeitig wird die Schmelze so mit einem elektrischen Strom gespeist, daß dieser rechtwinklig zum Magnetfeld ist. Somit wird die Radialfluktuation der Fremdatomkonzentration in einem ge züchteten Kristall gleichförmig gemacht.

Fig. 1 zeigt die Konfiguration der Vorrichtung zum Züchten von Halbleiter-Einkristallen gemäß dem Stand der Technik, die in der vorstehend genannten japanischen Patentschrift 2,959,543 offenbar ist.

Wie in der Fig. 1 gezeigt, hat die Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik einen Kristallzüchtöfen 120 mit einer Kammer 109, einer Spuleneinheit 110 zum Erzeugen eines spe zifischen Magnetfeldes, die so befestigt ist, daß sie den Ofen 120 umgibt, und eine Stromversorgung 104, die außer halb des Ofens 120 vorgesehen ist. In der Kammer 109 sind ein Schmelztiegel 105 und eine Heizvorrichtung 108 mon tiert. Die Heizvorrichtung 108 ist so angeordnet, daß sie den Schmelztiegel 105 umgibt. Die Heizvorrichtung 108 wird dazu verwendet, ein Halbleiterrohmaterial in dem Schmelz tiegel 105 zu erhitzen, wodurch eine Halbleiterschmelze 102 in dem Schmelztiegel 105 erzeugt wird. Der Schmelztiegel 105 wird zu der Aufnahme des Halbleiterrohmaterials und der Schmelze 102 verwendet. Fig. 1 zeigt den Zustand, bei dem die Schmelze 102 mittels der Heizvorrichtung 108 erzeugt worden ist und in dem Schmelztiegel 105 gehalten ist.

Oberhalb des Schmelztiegels 105 ist eine vertikale Zug- oder Hebespindel 106 vorgesehen, die aus einem elektrisch leitfähigen Material besteht. Ähnlich wie beim gewöhnlichen Czochralski-Verfahren wird am unteren Ende der Spindel 106 ein Kristallkeim (nicht dargestellt) befestigt. Das obere Ende der Spindel 106 ist durch einen Zug- oder Hebemecha nismus 112 gehalten. Der Mechanismus 112 dient dazu, die Spindel 106 (das heißt einen wachsenden Halbleiter-Einkri stall 101) hochzuziehen oder anzuheben, während die Spindel 106 um ihre Achse dreht (das heißt die Zug- oder Zücht achse).

Die Spuleneinheit 110 ist elektrisch an eine Stromversor gung (nicht dargestellt) angeschlossen und wird mit einem spezifischen elektrischen Strom gespeist. Somit erzeugt die Einheit 110 in dem Schmelztiegel 105 ein spezifisches Ma gnetfeld 111.

Die Elektroden 103 sind in der Nähe des Schmelztiegels 105 vertikal so vorgesehen, daß sie axial-symmetrisch zur Spin del 106 angeordnet sind. Die Unterseiten der Elektroden 103 sind in die Schmelze 102 eingetaucht. In der Fig. 1 ist der Einfachheit halber nur eine der Elektroden 103 dargestellt.

Einer der zwei Ausgangsanschlüsse der Gleichstromversorgung 104 ist mittels eines Amperemeters 121 mit den oberen Enden der Elektroden 103 elektrisch gemeinsam verbunden. Der an dere der Ausgangsanschlüsse der Versorgung 104 ist mittels eines Widerstandes 122 mit der Spindel 106 elektrisch ver bunden. Parallel zu dem Widerstand 122 ist ein Voltmeter 123 elektrisch geschaltet.

Bei der in der Fig. 1 gezeigten Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik mit der vorstehend beschriebenen Konfiguration wird bei dem Züchtvorgang das Halbleiterrohmaterial dem Schmelztiegel 105 zugeführt und mit der Heizvorrichtung 108 erhitzt, um die Halbleiterschmelze 102 in dem Schmelztiegel 105 zu erzeugen. Durch Ziehen des Kristallkeims aus der so erzeugten Schmelze unter Verwendung der Spindel 106 wird ein stabförmiger Halbleiter-Einkristall 101 gezüchtet. Um zu diesem Zeitpunkt zu verhindern, daß die in dem Kri stallkeim existierenden Verschiebungen sich zu diesem Zeitpunkt auf den Einkristall 101 ausbreiten, wird zwi schen dem Kristallkeim und dem oberen Ende des wachsenden Einkristalls 101 ein sog. "Hals" 107 ausgebildet. Der Hals 107 ist ein eingeschnürter Teil des Kristalls 101 und wird im Anfangsstadium des Züchtvorganges ausgebildet.

Während des Züchtvorganges des Kristalls 101 wird die Spu leneinheit 110 von der Stromversorgung mit einem spezifi schen elektrischen Strom gespeist, wodurch in der Kammer 109 ein Magnetfeld 111 erzeugt wird. Das so erzeugte Ma gnetfeld 111 ist rechtwinklig zur Grenzfläche zwischen Schmelze 102 und Kristall 101 und axial-symmetrisch zur Spindel 106 in dem Schmelztiegel 105.

Darüber hinaus wird an die Elektroden 103 und die Zugspin del 106 durch die Stromversorgung 104 eine spezifische Gleichspannung angelegt, wodurch der in dem Schmelztiegel 105 existierenden Schmelze 102 ein spezifischer elektri scher Strom zugeführt wird. Der so zugeführte elektrische Strom fließt durch die Schmelze 102, woraus resultiert, daß die Schmelze 102 mit der Lorentz-Kraft beaufschlagt wird.

Auf diese Art und Weise werden in der Schmelze 102 auf die Zugspindel 106 (das heißt die Züchtachse) zentrierte Rota tionskräfte erzeugt, die bewirken, daß die Schmelze 102 in dem Schmelztiegel 105 um die Spindel 106 rotiert. Als ein Ergebnis wird infolge des Rührens der Schmelze 102 durch deren Rotation die Radialfluktuation der Fremdatomkonzen tration in dem gezüchteten Kristall 101 gleichmäßig ge macht.

Weiterhin offenbaren die japanischen Patentschriften Nrn. 2,950,332, ausgegeben im September 1999, 2,885,240, ausge geben im April 1999, und 2,930,081, ausgegeben im August 1999, die folgenden Techniken, welche sich auf die in der Fig. 1 gezeigte Vorrichtung zum Kristallzüchten beziehen.

Bei der in der japanischen Patentschrift Nr. 2,950,332 of fenbarten Technik wird wenigstens das Magnetfeld, mit wel chem die Halbleiterschmelze beaufschlagt ist, oder der elektrische Strom, der der Schmelze zugeführt wird, geeig net eingestellt. Auf diese Art und Weise wird die Axial fluktuation der Fremdatomkonzentration gleichförmig ge macht.

Bei der in der japanischen Patentschrift 2,885,240 offen barten Technik sind die Elektroden, deren untere Enden in die Schmelze eingetaucht sind, aus dem gleichen Halbleiter material wie der zu züchtende Einkristall hergestellt. So mit wird das Einbauen von einem anderen Fremdatom als dem beabsichtigten Dotiermittel in den Einkristall unterdrückt.

Bei der in der japanischen Patentschrift 2,930,081 offen barten Technik sind die Elektroden, die dazu verwendet wer den, den elektrischen Strom zur Schmelze zuzuführen, und deren untere Enden in die Schmelze eingetaucht sind, je weils in Rohre eingesetzt, die aus dem gleichen Halbleiter material wie der zu züchtenden Einkristall bestehen. Somit wird verhindert, daß die symmetrische Degradation der Tem peraturverteilung in der Schmelze, die durch Einsetzen der Elektroden in die Schmelze verursacht wird, sich ver schlechtert. Als ein Ergebnis wird die radiale Verteilung des Dotiermittels in dem Einkristall gleichförmig gemacht.

Bei den bekannten Kristallzüchtverfahren, die das Czochralski-Züchtverfahren verwenden, wird, wie früher be schrieben, die "Einschnürung" des Kristalls 101 durchge führt, um zu verhindern, daß der Einkristall 101 Verschie bungen enthält. Daher wird im wesentlichen zwischen dem wachsenden Einkristall 101 und dem Kristallkeim der Hals 107 ausgebildet. Es wurde jedoch herausgefunden, daß der Hals 107 das folgende Problem verursacht.

Bei der in der Fig. 1 gezeigten Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik fließt der durch die Stromversorgung 104 zuge führte elektrische Strom durch den wachsenden Kristall 101 und die Spindel 106 in die Halbleiterschmelze 101, und da her tritt in dem Hals 107 eine Wärmeerzeugung auf. Dies ist infolge der Tatsache der Fall, daß der Hals 107 einen höhe ren elektrischen Widerstand als der übrige Teil hat. Demge mäß besteht, wenn die Zug- oder Anhebelänge des Kristalls 101 groß wird und sein Gewicht steigt, die erhöhte Gefahr, daß der so erhitzte Hals 107 bricht.

Wenn beispielsweise der Kristall 101 ein Silizium-Einkri stall ist, wird er ein Gewicht von 100 kg oder höher haben, wenn sein Durchmesser 20 cm und seine Länge über 150 cm ist. Ähnlich wird der Silizium-Einkristall 101 mit einem Durchmesser von 30 cm oder größer ein Gewicht von 100 kg oder höher haben, wenn er eine Länge von 100 cm oder mehr hat. In diesem Fall ist die in der Fig. 1 gezeigte Vorrich tung gemäß dem Stand der Technik nicht in der Lage, seinen Silizium-Einkristall 101 mit einem Gewicht von 100 kg oder mehr zu ziehen.

Dies gilt auch für die in den vorstehend genannten japani schen Patentschriften 2,950,332, 2,885,240 und 2,930,081 genannten Techniken.

Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Züchten eines Halb leiter-Einkristalls zu schaffen, bei dem es möglich ist, einen schweren Halbleiter-Einkristall mit einem Gewicht von 100 kg oder höher selbst dann zu ziehen (das heißt zu züch ten), wenn der gezüchtete Einkristall einen Hals aufweist.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Züchten eines Halb leiter-Einkristalls zu schaffen, bei dem verhindert ist, daß in dem Hals eines wachsenden Einkristalls infolge eines elektrischen Stromes, der durch den Hals fließt, Hitze er zeugt wird.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Züchten eines Halb leiter-Einkristalls zu schaffen, bei dem verhindert ist, daß der Hals eines wachsenden Einkristalls infolge des Ei gengewichtes des Kristalls während dem Züchtvorgang bricht.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Züchten eines Halb leiter-Einkristalls zu schaffen, bei dem es möglich ist, einen schweren Halbleiter-Einkristall mit einem Gewicht von 100 kg oder höher hochzuziehen (das heißt zu züchten), wo bei die radialen und axialen Dotiermittelkonzentrationen in dem Einkristall im wesentlichen gleichförmig bleiben.

Die vorstehenden Aufgaben zusammen mit anderen, nicht spe zifisch erwähnten Aufgaben gehen für den Fachmann aus der folgenden Beschreibung im einzelnen hervor.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Züchten eines Halbleiter-Einkristalls unter Verwendung des Czochralski-Verfahrens geschaffen.

Diese Vorrichtung weist auf:

a) einen Schmelztiegel zum Halten einer Halbleiter schmelze;
b) eine Heizvorrichtung zum Erhitzen des Schmelztiegels;
c) einen Zugmechanismus zum Hochziehen eines Halbleiter- Einkristalls aus der Schmelze, die in dem Schmelztie gel gehalten ist, unter Verwendung eines Kristall keims;
d) eine erste Stromversorgung mit einem ersten Anschluß und einem zweiten Anschluß;
e) eine erste Elektrode mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende;
wobei das erste Ende der ersten Elektrode elek trisch mit dem ersten Anschluß der ersten Stromversor gung verbunden ist;
das zweite Ende der ersten Elektrode so gestaltet ist, daß es die in dem Schmelztiegel gehaltene Schmelze kontaktiert;
f) eine zweite Elektrode mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende;
wobei das erste Ende der zweiten Elektrode elek trisch mit dem zweiten Anschluß der ersten Stromver sorgung verbunden ist;
das zweite Ende der zweiten Elektrode so gestal tet ist, daß es die in dem Schmelztiegel gehaltene Schmelze kontaktiert;
g) einen Magnetfeldgenerator zum Erzeugen eines Magnet feldes in der im Schmelztiegel gehaltenen Schmelze;
wobei bei einem Züchtvorgang an die ersten Enden der ersten und zweiten Elektroden mittels der Strom versorgung eine spezifische Spannung angelegt wird, wodurch ein elektrischer Strompfad gebildet wird, der die zweiten Enden der ersten und zweiten Elektroden in der im Schmelztiegel gehaltenen Schmelze verbindet;
und wobei mit dem Magnetfeldgenerator ein Magnet feld erzeugt wird, das bei dem Züchtvorgang den elek trischen Strompfad in der im Schmelztiegel gehaltenen Schmelze schneidet;
und wobei der Einkristall gezüchtet wird, indem zwischen dem Kristallkeim und einem Kopfende des Ein kristalls ein Hals ausgebildet wird.

Bei der Vorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der vorliegen den Erfindung sind die ersten und zweiten Elektroden so vorgesehen, daß die ersten Enden der ersten und zweiten Elektroden elektrisch mit der ersten Stromversorgung ver bunden sind und die zweiten Enden der ersten und zweiten Elektroden die Schmelze in dem Schmelztiegel kontaktieren.

Während des Züchtvorganges wird auch eine spezifische Span nung an die ersten Enden der ersten und zweiten Elektroden angelegt, wodurch der elektrische Strompfad gebildet wird, welcher die zweiten Enden der ersten und zweiten Elektroden in der Schmelze verbindet. Das Magnetfeld wird mittels des Magnetfeldgenerators so erzeugt, daß es den elektrischen Strompfad in der Schmelze schneidet.

Demgemäß fließt während des Züchtvorganges ein elektrischer Strom durch die erste Elektrode in die Schmelze und durch die zweite Elektrode aus der Schmelze und umgekehrt. Das heißt, daß durch den aus der Schmelze wachsenden Einkri stall kein elektrischer Strom fließt. Somit tritt in dem Hals, der zwischen dem Kristallkeim und dem Kopfende des Einkristalls ausgebildet ist, keine Wärmeentwicklung auf, selbst wenn der Einkristall unter Einfluß des Schmelzflus ses gezüchtet wird, der durch die Interaktion zwischen dem Magnetfeld und dem elektrischen Strom erzeugt wird. Dadurch wird verhindert, daß der Hals des wachsenden Einkristalls infolge des Eigengewichtes des Einkristalls während des Züchtvorganges bricht.

Als ein Ergebnis kann mit der Vorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ein schwerer Halbleiter-Einkristall mit einem Gewicht von 100 kg oder höher selbst dann hochge zogen (das heißt gezüchtet) werden, wenn der wachsende Ein kristall den Hals aufweist. Darüber hinaus kann der schwere Halbleiter-Einkristall gezüchtet werden, wobei die radialen und axialen Konzentrationen des Dotiermittels in dem Ein kristall im wesentlichen gleichförmig gehalten werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung sind die zweiten Enden der ersten und zweiten Elektroden so gestaltet, daß sie die Oberfläche der in dem Schmelztiegel gehaltenen Schmelze kontaktieren. Das Magnetfeld, welches durch den Magnetfeld generator erzeugt wird, ist ungefähr rechtwinklig zur Ober fläche der Schmelze.

Bei dieser Ausführungsform ist es vorzuziehen, daß die er sten und zweiten Elektroden axial-symmetrisch zu einer Hochziehachse des Zugmechanismus angeordnet sind.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Züchten eines Halbleiter-Einkristalls un ter Verwendung des Czochralski-Verfahrens geschaffen. Die ses Verfahren hat die Schritte:

a) Schaffen einer Halbleiterschmelze, die in einem Schmelztiegel gehalten ist, unter Verwendung einer Heizvorrichtung;
b) Vorsehen einer ersten Stromversorgung mit einem ersten Anschluß und einem zweiten Anschluß;
c) Vorsehen einer ersten Elektrode mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende dergestalt, daß das erste Ende der ersten Elektrode elektrisch an den ersten Anschluß der ersten Stromversorgung angeschlossen ist und das zweite Ende der ersten Elektrode die in dem Schmelz tiegel gehaltene Schmelze kontaktiert;
d) Vorsehen einer zweiten Elektrode mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende dergestalt, daß das erste Ende der zweiten Elektrode elektrisch an den zweiten An schluß der ersten Stromversorgung angeschlossen ist und das zweite Ende der zweiten Elektrode die in dem Schmelztiegel gehaltene Schmelze kontaktiert;
e) Anlegen einer spezifischen Spannung an die ersten En den der ersten und zweiten Elektroden mittels der Stromversorgung, wodurch ein elektrischer Strompfad gebildet wird, der die zweiten Enden der ersten und zweiten Elektroden in der im Schmelztiegel gehaltenen Schmelze verbindet;
f) Erzeugen eines Magnetfeldes, das den elektrischen Strompfad, welcher in der im Schmelztiegel gehaltenen Schmelze ausgebildet ist, schneidet;
g) Hochziehen eines Kristallkeims aus der in dem Schmelz tiegel gehaltenen Schmelze entlang einer spezifischen Züchtachse, wodurch ein Halbleiter-Einkristall aus der Schmelze gezüchtet wird, wobei zwischen dem Kristall keim und einem Kopfende des wachsenden Einkristalls ein Hals ausgebildet ist.

Bei dem Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung werden aus dem gleichen Grund wie bei der Vor richtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung die gleichen Vorteile wie bei der Vorrichtung erzielt.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung wird während des gesamten Züchtvorganges des Einkristalls an den Einkristall kein elektrischer Strom angelegt.

Bei dieser Ausführungsform ist vorzuziehen, daß wenigstens eines von beiden, ein elektrischer Strom, der durch den elektrischen Strompfad fließt, welcher in der Schmelze ge bildet ist, oder das Magnetfeld, das in der Schmelze er zeugt wird, eingestellt wird, um eine Dotiermittelkonzen tration in dem Einkristall beim Züchtvorgang des Einkri stalls gleichförmig zu machen.

Damit die vorliegende Erfindung leicht zur Wirkung gebracht werden kann, wird sie nun anhand der begleitenden Figuren beschrieben.

Fig. 1 zeigt die Konfiguration einer Halbleiterkristall- Züchtvorrichtung gemäß dem Stand der Technik in ei ner schematischen Ansicht im Schnitt.

Fig. 2 zeigt die Konfiguration einer Halbleiterkristall- Züchtvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung in einer schematischen Darstellung im Schnitt.

Fig. 3 zeigt die Anordnung der Elektroden bezogen auf die Züchtachse oder Zugspindel in einer schematischen Ansicht teilweise im Schnitt entlang der Linie III- III in Fig. 2.

Fig. 4 zeigt die Fließrichtung der Halbleiterschmelze in dem Schmelztiegel und die Richtung, mit der der elektrische Strom durch die Elektrode in der Vor richtung gemäß der ersten Ausführungsform gemäß den Fig. 2 und 3 fließt, in einer schematischen Darstel lung teilweise im Schnitt.

Fig. 5 zeigt eine Halbleiterkristall-Züchtvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung in einer schematischen Ansicht teilweise im Schnitt entlang der gleichen Linie wie die Linie III-III in Fig. 2, und zeigt die Anordnung der Elektroden mit Bezug auf die Züchtachse oder Zugspindel.

Fig. 6 zeigt die Fließrichtung der Halbleiterschmelze in dem Schmelztiegel und die Richtung, mit der der elektrische Strom durch die Elektroden in der Vor richtung gemäß der zweiten Ausführungsform gemäß Fig. 5 fließt, in einer schematischen Ansicht teil weise im Schnitt.

Fig. 7 zeigt eine Halbleiterkristall-Züchtvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung in einer schematischen Darstellung teilweise im Schnitt ent lang der gleichen Linie wie die Linie III-III in Fig. 2 und mit der Anordnung der Elektroden bezogen auf die Züchtachse oder Zugspindel.

Fig. 8 zeigt die Fließrichtung der Halbleiterschmelze in dem Schmelztiegel und die Richtung, mit der der elektrische Strom durch die Elektroden in der Vor richtung gemäß der dritten Ausführungsform gemäß Fig. 7 fließt in einer schematischen Darstellung teilweise im Schnitt.

Fig. 9 zeigt eine schematische Darstellung teilweise im Schnitt einer Halbleiterkristall-Züchtvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung, entlang der gleichen Linie wie die Linie III-III in Fig. 2, und zeigt die Anordnung der Elektroden bezo gen auf die Züchtachse oder Zugspindel.

Fig. 10 zeigt eine schematische Ansicht teilweise im Schnitt der Fließrichtung der Halbleiterschmelze in dem Schmelztiegel und die Richtung, mit welcher der elektrische Strom durch die Elektroden in der Vor richtung gemäß der vierten Ausführungsform gemäß Fig. 7 fließt.

Fig. 11 zeigt in einer schematischen, vergrößerten Ansicht teilweise im Schnitt den Haltezustand des Kristall keims und das obere Ende des wachsenden Halbleiter- Einkristalls in den Vorrichtungen gemäß den ersten bis vierten Ausführungsformen, bei der der Hals klar gezeigt ist.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der vor liegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die anhängenden Figuren beschrieben.

ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM

Wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt, hat eine Vorrichtung zum Züchten eines Halbleiterkristalls gemäß einer ersten Aus führungsform der Erfindung einen Kristallzüchtofen 20 mit einer Kammer 9, einer Spuleneinheit 10 zum Erzeugen eines spezifischen Magnetfeldes, die so montiert ist, daß sie den Ofen 20 umgibt, und eine dc-(das heißt Gleichstrom)-Strom versorgung 4, die außerhalb des Ofens 20 vorgesehen ist. In der Kammer 9 sind ein Schmelztiegel 5 und eine Heizvorrich tung 8 montiert. Die Heizvorrichtung 8, die so liegt, daß sie den Schmelztiegel 5 umgibt, wird dazu verwendet, ein Halbleiterrohmaterial in dem Schmelztiegel 5 zu erhitzen, um dadurch eine Schmelze 2 aus Halbleiter, wie beispiels weise Silizium (Si), in dem Schmelztiegel 5 zu erzeugen. Der Schmelztiegel 5 wird dazu verwendet, das Halbleiterroh material und die Schmelze 2 aufzunehmen. Fig. 2 zeigt den Zustand, in welchem die Schmelze 2 mit der Heizvorrichtung 8 erzeugt worden ist und in dem Schmelztiegel 5 gehalten wird.

Oberhalb des Schmelztiegels 5 ist eine vertikale Zug- oder Anhebespindel 6, die aus einem elektrisch leitfähigen Mate rial besteht, angeordnet. Ähnlich wie bei dem gewöhnlichen Czochralski-Verfahren, wie in der Fig. 11 gezeigt, wird ein Kristallkeim 24 aus dem gleichen Halbleiter wie ein Halb leiter-Einkristall 1 am unteren Ende der Spindel 6 befe stigt. Das obere Ende der Spindel 6 ist durch einen Zugme chanismus 12 aufgenommen. Der Mechanismus 12 dient dazu, die Spindel 6 (das heißt den wachsenden Einkristall 1 aus Halbleiter) nach oben zu ziehen oder vertikal anzuheben, während die Spindel 6 um ihre Achse (das heißt die Zug- oder Züchtachse) dreht.

Die Spuleneinheit 10 ist elektrisch an eine Stromversorgung (nicht dargestellt) angeschlossen und wird von der Strom versorgung mit einem spezifischen elektrischen Strom ge speist. Somit erzeugt die Einheit 10 ein spezifisches Ma gnetfeld H in dem Schmelztiegel 5 (das heißt in der Schmelze 2). Das Magnetfeld H ist rechtwinklig zur Oberflä che 2a der Schmelze 2 (das heißt die Grenzfläche zwischen Schmelze 2 und Kristall 1), wie dies in der Fig. 11 gezeigt ist.

In der Nähe des Schmelztiegels 5 sind zwei Elektroden 3a und 3b so vertikal vorgesehen, daß sie in einem Winkel von 180° um die Anhebe- oder Züchtachse C (das heißt die Zen tralachse der Spindel 6) angeordnet sind, wie dies klar in der Fig. 3 gezeigt ist. Anders ausgedrückt, die Elektroden 3a und 3b sind axial-symmetrisch zur Achse C und rechtwink lig zur Oberfläche 2a der Schmelze 2 angeordnet. Die unte ren Enden der Elektroden 3a und 3b werden während des ge samten Züchtvorganges, wie in der Fig. 2 gezeigt, in die Schmelze 2 eingetaucht gehalten. Wenn ein spezifischer elektrischer Strom den Elektroden 3a und 3b zugeführt wird, wird ein elektrischer Strompfad 25 gebildet, um die unteren Enden der Elektroden 3a und 3b in der Schmelze 2 zu verbin den, wie dies in der Fig. 2 gezeigt ist.

Das obere Ende der Elektrode 3a ist elektrisch mit dem po sitiven Ausgangsanschluß einer dc-Stromversorgung 4 mittels eines Amperemeters 21 verbunden, um den elektrischen Strom, welcher durch die Elektroden 3a und 3b fließt, messen zu können. Die Stromversorgung 4 ist außerhalb des Ofens 20 vorgesehen. Das obere Ende der Elektrode 3b ist elektrisch mit dem negativen Ausgangsanschluß der gleichen Stromver sorgung 4 mittels eines Widerstandes 22 verbunden. Ein Voltmeter 23 zum Messen der Spannung an den zwei Enden des Widerstandes 22 ist parallel zu dem Widerstand 22 geschal tet.

Die Elektroden 3a und 3b bestehen vorzugsweise aus dem gleichen Halbleitermaterial wie der zu züchtende Einkri stall 1. In diesem Fall besteht der Vorteil, daß unbeab sichtigte (das heißt unerwünschte) Fremdatome in die Schmelze 2 (und daher in den so zu züchtenden Kristall 1) aus den Elektroden 3a und 3b dotiert werden.

Vorzugsweise sind in die Elektroden 3a und 3b das gleiche Dotiermittel oder die gleichen Dotiermittel wie jene, mit denen der zu züchtende Kristall 1 dotiert ist, eingebaut. In diesem Fall besteht der zusätzliche Vorteil, daß der Do tiermitteleinbau in den zu züchtenden Kristall 1 stabil durchgeführt wird.

Bei der Vorrichtung zum Züchten des Halbleiterkristalls ge mäß der ersten Ausführungsform, wie in den Fig. 1 und 2 ge zeigt, wird ein gewünschtes Halbleiterrohmaterial in den Schmelztiegel 5 zugeführt und mit der Heizvorrichtung 8 er hitzt, wodurch die Schmelze 2 des Halbleiters in dem Schmelztiegel 5 erzeugt wird. Ein stabförmiger Einkristall 1 (das heißt ein Rohblock) des Halbleiters wird durch Zie hen des Kristallkeims 24 aus der so erzeugen Schmelze 5 un ter Verwendung der Spindel 6 solange gezüchtet, bis der Kristall 1 einen gewünschten Durchmesser und eine ge wünschte Länge hat.

Im Anfangsstadium des Züchtvorganges wird zwischen dem Kri stallkeim 24 und dem oberen Ende des wachsenden Kristalls 1, wie in der Fig. 11 gezeigt, ein Hals 7 (das heißt ein eingeschnürter Teil des Kristalls 1) ausgebildet, um zu verhindern, daß sich Verschiebungen, welche in dem Kri stallkeim 24 befinden, auf dem Einkristall 1 ausbreiten.

Während des gesamten Züchtvorgangs des Einkristalls 1 wird die Spuleneinheit 10 mit einem spezifischen elektrischen Strom von der Stromversorgung (nicht gezeigt) gespeist, wo durch das spezifische Magnetfeld H in dem Schmelztiegel 5 in der Kammer 9 erzeugt wird. Das so erzeugte Magnetfeld H ist rechtwinklig zur Oberfläche 2a der Schmelze 2 (das heißt der Grenzfläche von Schmelze 2 und Kristall 1) und axial-symmetrisch zur Spindel 6 (das heißt der Züchtachse C) im Schmelztiegel 5.

Darüber hinaus wird an die Elektroden 3a und 3b durch die dc-Stromversorgung 4 eine spezifische dc-Spannung angelegt, wodurch der Schmelze 2, die in dem Schmelztiegel 5 gehalten ist, ein spezifischer elektrischer Strom 11 zugeführt wird. Der so zugeführte elektrische Strom 11 fließt durch den elektrischen Strompfad 25, der in der Schmelze 2 gebildet ist, woraus die Lorentz-Kraft resultiert, mit der die Schmelze 2 beaufschlagt wird. Auf diese Art und Weise wer den in der Schmelze 2 Rotationskräfte, die auf die Zugspin del 6 (das heißt die Züchtachse C) zentriert sind, erzeugt, wodurch eine Rotation der Schmelze 2 um die Achse C in dem Schmelztiegel 5 bewirkt wird. Infolge der Rotation der Schmelze 2 wird die Schmelze 2 selbst verrührt. Als ein Er gebnis wird die radiale und axiale Fluktuation der Dotier mittelkonzentration in dem gezüchteten Kristall 1 gleich förmig gemacht.

Der in der Fig. 2 gezeigte elektrische Strompfad 25 ist eine schematische Illustration und daher ist die Erfindung nicht auf die Form des Pfades 25 begrenzt. Der Pfad 25 kann irgendeine andere Form aufweisen. Beispielsweise kann der Pfad 25 durch die gesamte Schmelze 2 gebildet sein.

Fig. 4 zeigt in schematischer Art und Weise den erhaltenen Zustand des Rotationsflusses der Schmelze 2, die in dem Schmelztiegel gehalten ist. Dies wurde durch einen Test der Erfinder erzielt, wobei die Erfinder auf der Oberfläche 2a der Siliziumschmelze 2 spezifische Spurpartikel schwimmen ließen und dann die Bewegung der Partikel beobachteten.

Wie aus der Fig. 4 zu ersehen ist, tritt der elektrische Strom I₁ mittels der Elektrode 3a senkrecht in die Schmelze 2 ein und tritt mittels der Elektrode 3b vertikal aus der Schmelze 2 aus, wobei das Magnetfeld H rechtwinklig zur Oberfläche 2a der Schmelze 2 verläuft. Somit wird die Schmelze infolge der Interaktion zwischen dem elektrischen Strom 11 und dem Magnetfeld H mit der Lorentz-Kraft beauf schlagt, welche Rotationskräfte erzeugt, die auf die Zücht achse C in der Schmelze 2 zentriert sind. Infolge dieser Rotationskräfte treten die Rotationsströme F1 und F2 der Schmelze 2 um die Achse C auf und demgemäß wird die Schmelze 2 gerührt. Als ein Ergebnis werden die radiale und axiale Fluktuation der Dotiermittelkonzentration in dem ge züchteten Kristall 1 gut gleichförmig gemacht.

In dem Züchtvorgang wird wenigstens eines von beiden, der elektrische Strom 11 oder das Magnetfeld H, auf geeignete Weise eingestellt, um die Dotiermittelkonzentration des Kristalls 1 gleichförmig zu machen.

Bei der Vorrichtung zum Züchten des Kristalls gemäß der er sten Ausführungsform der Erfindung und wie vorstehend be schrieben, sind die Elektroden 3a und 3b so vorgesehen, daß die oberen Enden der Elektroden 3a und 3b elektrisch mit der dc-Stromversorgung 4 verbunden sind und die unteren En den derselben mit der Schmelze 2 in dem Schmelztiegel 5 verbunden sind.

Während des Züchtvorganges wird auch an die oberen Enden der Elektroden 3a und 3b eine spezifische Spannung ange legt, wodurch der elektrische Strompfad 25 gebildet wird, welcher die unteren Enden der Elektroden 3a und 3b in der Schmelze 2 verbindet. Das Magnetfeld H wird mittels der Spuleneinheit 10 so erzeugt, daß es rechtwinklig zur Ober fläche 2a der Schmelze 2 liegt.

Demgemäß fließt während des Züchtvorganges der elektrische Strom 11 durch die Elektrode 3a in die Schmelze 2 und durch die Elektrode 3b aus der Schmelze 2. Das heißt, daß durch den aus der Schmelze 2 wachsenden Einkristall 1 kein elek trischer Strom fließt. Auf diese Art und Weise tritt keine Wärmeerzeugung im Hals 7 auf, der zwischen dem Kristallkeim 24 und dem Kopfende des Einkristalls 1 ausgebildet ist, selbst wenn der Einkristall 1 unter Strömen F1 und F2 der Schmelze 2, die durch die Interaktion zwischen dem Magnet feld H und dem elektrischen Strom T1 erzeugt werden, ge züchtet wird. Dadurch wird verhindert, daß der Hals 7 des wachsenden Einkristalls 1 infolge des Eingewichts des Kri stalls 1 während des Züchtvorganges bricht.

Als ein Ergebnis kann mit der Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform gemäß den Fig. 2 und 3 ein schwerer Halb leiter-Einkristall mit einem Gewicht von 100 kg oder höher selbst dann hochgezogen (das heißt gezüchtet) werden, wenn der wachsende Einkristall 1 den Hals 7 aufweist. Darüber hinaus kann der schwere Halbleiter-Einkristall 1 gezüchtet werden, während die radialen und axialen Konzentrationen des Dotiermittels in dem Kristall 1 im wesentlichen gleich förmig gehalten werden.

ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM

Fig. 5 zeigt die Anordnung der Elektroden bezogen auf die Züchtachse C einer Vorrichtung zum Züchten eines Halblei terkristalls gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfin dung. Diese Vorrichtung hat die gleiche Konfiguration wie die Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform gemäß den Fig. 2 und 3, mit Ausnahme, daß vier Elektroden 13a, 13b, 13c und 13d anstatt der zwei Elektroden 3a und 3b vorgese hen sind, und daß zwei dc-Stromversorgungen 14a und 14b an statt der dc-Stromversorgung 4 vorgesehen sind. Daher wird die Beschreibung bezüglich der gleichen Konfiguration weg gelassen, indem die gleichen Bezugsziffern wie bei der er sten Ausführungsform verwendet worden sind, um die Be schreibung der Fig. 5 zu vereinfachen.

Wie aus der Fig. 5 zu ersehen ist, sind die vier Elektroden 13a, 13b, 13c und 13d in vertikaler Richtung in der Nähe des Schmelztiegels 5 so angeordnet, daß sie in einem Winkel von 90° zueinander um die Züchtachse C liegen. Anders aus gedrückt, sind die Elektroden 13a, 13b, 13c und 13d axial symmetrisch zur Achse C und der Spindel 6 angeordnet und liegen rechtwinklig zur Oberfläche 2a der Schmelze 2. Die unteren Enden der Elektroden 13a, 13b, 13c und 13d sind während des gesamten Züchtvorganges, wie in der Fig. 2 ge zeigt, in die Schmelze 2 eingetaucht gehalten.

Das obere Ende der Elektrode 13a ist elektrisch mit dem ne gativen Ausgangsanschluß der dc-Stromversorgung 14a verbun den. Das obere Ende der Elektrode 13b ist mit dem positiven Ausgangsanschluß der Stromversorgung 14a elektrisch verbun den. Das obere Ende der Elektrode 13c ist mit dem negativen Ausgangsanschluß der dc-Stromversorgung 14b verbunden. Das obere Ende der Elektrode 13d ist elektrisch mit dem positi ven Ausgangsanschluß der Stromversorgung 14b verbunden.

Die Elektroden 13a und 13b bilden ein erstes Elektroden paar. Die Elektrode 13c und 13d bilden ein zweites Elektro denpaar. Beide Stromversorgungen 14a und 14b sind außerhalb des Ofens 20 angeordnet.

Wie bei der ersten Ausführungsform wird, wenn die Elektro den 13a und 13b mittels der Stromversorgung 14a mit einem spezifischen elektrischen Strom 111 gespeist werden, ein elektrischer Strompfad (nicht dargestellt) gebildet, um die unteren Enden der Elektroden 13a und 13b in der Schmelze 2 zu verbinden. Der elektrische Strom 111 fließt durch die Elektrode 13b in die Schmelze 2 und fließt über den elek trischen Strompfad und die Elektrode 13a aus der Schmelze 2. Der Strom 111 interagiert mit dem Magnetfeld H, wodurch die Lorentz-Kraft erzeugt wird, mit welcher die Schmelze 2 beaufschlagt wird.

Ähnlich wird, wenn die Elektroden 13c und 13d über die Stromversorgung 14b mit einem spezifischen elektrischen Strom I₁₂ gespeist werden, ein weiterer elektrischer Strompfad (nicht dargestellt) ausgebildet, um die unteren Enden der Elektroden 13c und 13d in der Schmelze 2 zu ver binden. Der elektrische Strom I₁₂ fließt durch die Elek trode 13d in die Schmelze 2 und mittels des elektrischen Strompfades und der Elektrode 13c aus der Schmelze. Der Strom 112 interagiert mit dem Magnetfeld H, wodurch die Lorentz-Kraft erzeugt wird, mit welcher die Schmelze 2 be aufschlagt wird.

Somit werden in der Schmelze 2 zur Zugspindel 6 (das heißt der Züchtachse C) zentrierte Rotationskräfte erzeugt, die eine Rotation der Schmelze 2 um die Achse C in dem Schmelz tiegel 5 bewirken. Infolge der Rotation der Schmelze 2 wird die Schmelze 2 selbst gerührt. Als ein Ergebnis wird die radiale und axiale Fluktuation der Dotiermittelkonzentra tionen in dem gezüchteten Kristall 1 gleichförmig gemacht.

Fig. 6 zeigt schematisch den beobachteten Zustand des Rota tionsstroms der in dem Schmelztiegel 5 gehaltenen Schmelze 2 bei der zweiten Ausführungsform. Dies wurde durch den gleichen Test der Erfinder, wie bei der ersten Ausführungs form erläutert, erzielt.

Wie aus der Fig. 6 zu ersehen ist, treten die zwei elektri schen Ströme I₁₁ und I₁₂ vertikal durch die Elektroden 13b und 13d in die Schmelze 2 ein und treten durch die Elek trode 13a bzw. 13c vertikal aus der Schmelze 2 aus, wobei das Magnetfeld H rechtwinklig zur Oberfläche 2a der Schmelze 2 ist. Somit wird die Schmelze 2 infolge der In teraktion zwischen den elektrischen Strömen I₁₁ und I₁₂ und dem Magnetfeld H mit der Lorentz-Kraft beaufschlagt, die in der Schmelze 2 die auf die Züchtachse C zentrierten Rotati onskräfte erzeugt. Infolge dieser Rotationskräfte treten die Rotationsströme F11, F12, F13 und F14 der Schmelze 2 um die Achse C auf und die Schmelze 2 wird gerührt. Als ein Ergebnis ist die radiale und axiale Fluktuation der Dotier mittelkonzentration in dem gezüchteten Kristall 1 gleich förmig gemacht.

Bei der Vorrichtung zum Züchten eines Halbleiterkristalls gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 5 fließt wie bei der Vorrichtung gemäß der ersten Ausfüh rungsform gemäß den Fig. 2 und 3 während des Züchtvorganges kein elektrischer Strom durch den wachsenden Einkristall 1, der den Hals 7 aufweist. Als ein Ergebnis werden die glei chen Vorteile, wie die bei der ersten Ausführungsform, er zielt.

In der Vorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform sind die zwei Stromversorgungen 14a und 14b vorgesehen, um je weils die elektrischen Ströme I₁₁ und I₁₂ zu dem ersten Elektrodenpaar (das heißt den Elektroden 13a und 13b) und dem zweiten Elektrodenpaar (das heißt den Elektroden 13c und 13d) zuzuführen. Es kann jedoch eine der Stromversor gungen 14a und 14b weggelassen werden. In diesem Fall lei tet die übrig gebliebene Stromversorgung 14a oder 14b die Ströme I₁₁ und I₁₂ zu den ersten und zweiten Elektrodenpaa ren (das heißt den Elektroden 13a, 13b, 13c und 13d).

DRITTE AUSFÜHRUNGSFORM

Fig. 7 zeigt die Anordnung der Elektrode bezogen auf den Schmelztiegel einer Vorrichtung zum Züchten eines Halblei terkristalls gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfin dung. Diese Vorrichtung hat die gleiche Konfiguration wie die Vorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform von Fig. 5, mit Ausnahme, daß die zwei Elektroden 13a und 13c elek trisch zusammengekoppelt sind. Daher wird die Beschreibung bezüglich der gleichen Konfiguration hierbei weggelassen, indem die gleichen Bezugsziffern wie bei der zweiten Aus führungsform Verwendet worden sind, um die Beschreibung der Fig. 7 zu vereinfachen.

Fig. 8 zeigt in schematischer Art und Weise den beobachte ten Zustand des Rotationsflusses der in dem Schmelztiegel 5 gehaltenen Schmelze 2 bei der dritten Ausführungsform. Dies wurde durch den gleichen Test der Erfinder, wie bei der er sten Ausführungsform erläutert, erzielt.

Wie aus der Fig. 8 zu ersehen ist, wird die Schmelze 2 in folge der Interaktion zwischen den elektrischen Strömen I₁₁ und I₁₂ und dem Magnetfeld H mit der Lorentz-Kraft beauf schlagt, wodurch in der Schmelze 2 die auf die Züchtachse C zentrierten Rotationskräfte erzeugt werden. Infolge dieser Rotationskräfte treten die gleichen Rotationsströme F11, F12, F13 und F14 der Schmelze 2, wie bei der zweiten Aus führungsform gezeigt (Fig. 6), um die Achse C auf, und die Schmelze 2 wird gerührt.

Bei der Vorrichtung zum Züchten des Halbleiterkristalls ge mäß der dritten Ausführungsform gemäß Fig. 7 fließt während des Züchtvorganges, wie bei den Vorrichtungen gemäß den er sten und zweiten Ausführungsformen, kein elektrischer Strom durch den wachsenden Einkristall 1, der den Hals 7 auf weist. Als ein Ergebnis werden die gleichen Vorteile wie die bei der ersten Ausführungsform erzielt.

In der Vorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform sind die zwei Stromversorgungen 14a und 14b vorgesehen, um die elektrischen Ströme I₁₁ bzw. I₁₂ zu dem ersten Elektroden paar (das heißt den Elektroden 13a und 13b) und dem zweiten Elektrodenpaar (beispielsweise den Elektroden 13c und 13d) zuzuführen. Es kann jedoch eine der Stromversorgungen 14a und 14b weggelassen werden. In diesem Fall leitet die übrig gebliebene Stromversorgung 14a oder 14b die Ströme I₁₁ und I₁₂ zu den ersten und zweiten Elektrodenpaaren.

VIERTE AUSFÜHRUNGSFORM

Fig. 9 zeigt die Anordnung der Elektroden mit Bezug auf den Schmelztiegel einer Vorrichtung zum Züchten von Halbleiter kristallen gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfin dung. Diese Vorrichtung hat die gleiche Konfiguration wie die Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Fig. 2 und 3, mit Ausnahme, daß drei Elektroden 23a, 23b und 23c anstatt der Elektroden 3a und 3b, und zwei dc-Stromversor gungen 24a und 24b anstatt der dc-Stromversorgung 4 vorge sehen sind. Daher wird die Beschreibung bezüglich der glei chen Konfiguration hier weggelassen, indem gleiche Bezugs ziffern wie bei der ersten Ausführungsform verwendet worden sind, um die Beschreibung der Fig. 9 zu vereinfachen.

Wie aus der Fig. 9 zu ersehen ist, sind die drei Elektroden 23a, 23b und 23c in vertikaler Richtung in der Nähe des Schmelztiegels 5 so angeordnet, daß sie im Winkel von 120° zueinander um die Züchtachse C liegen. Anders ausgedrückt, die Elektroden 23a, 23b und 23c sind axial-symmetrisch zur Achse C der Spindel 6 und rechtwinklig zur Oberfläche 2a der Schmelze 2 angeordnet. Die unteren Enden der Elektroden 23a, 23b und 23c bleiben während des gesamten Züchtvorgan ges, wie in der Fig. 2 gezeigt, in die Schmelze eingetaucht gehalten.

Das obere Ende der Elektrode 23a ist elektrisch gemeinsam an die negativen Ausgangsanschlüsse der dc-Stromversorgun gen 24a und 24b angeschlossen. Das obere Ende der Elektrode 23b ist elektrisch an den positiven Ausgangsanschluß der Stromversorgung 24a angeschlossen. Das obere Ende der Elek trode 23c ist elektrisch an den positiven Ausgangsanschluß der dc-Stromversorgung 24b angeschlossen.

Somit kann gesagt werden, daß die Vorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform gemäß Fig. 9 äquivalent der Vor richtung ist, die durch Weglassen einer der gekoppelten Elektroden 13a und 13b bei der Vorrichtung gemäß der drit ten Ausführungsform gemäß Fig. 7 erhalten wird, ist.

Wenn die Elektroden 23a und 23b über die Stromversorgung 24a mit einem spezifischen elektrischen Strom I₂₁ gespeist werden, wird ein elektrischer Strompfad (nicht dargestellt) gebildet, um die unteren Enden der Elektroden 23a und 23b in der Schmelze 2 zu verbinden. Der elektrische Strom I₂₁ fließt durch die Elektrode 23b in die Schmelze 2 und fließt mittels des elektrischen Strompfades und der Elektrode 23a aus der Schmelze 2. Der Strom I₂₁ interagiert mit dem Ma gnetfeld H, wodurch die Lorentz-Kraft erzeugt wird, mit der die Schmelze 2 beaufschlagt wird.

Ähnlich wird, wenn den Elektroden 23b und 23c mittels der Stromversorgung 24b ein spezifischer elektrischer Strom I₂₂ zugeführt wird, ein weiterer elektrischer Strompfad (nicht dargestellt) gebildet, um die unteren Enden der Elektroden 23b und 23c in der Schmelze 2 zu verbinden. Der elektrische Strom I₂₂ fließt durch die Elektrode 23c in die Schmelze 2 und mittels des elektrischen Strompfades und der Elektrode 23a aus der Schmelze 2. Der Strom I₂₂ interagiert mit dem Magnetfeld H, wodurch die Lorentz-Kraft erzeugt wird, mit welcher die Schmelze 2 beaufschlagt wird.

Somit fließen die Ströme I₂₁ und I₂₂ mittels der Elektroden 23b bzw. 23c in die Schmelze 2, während der Summenstrom (I₂₁ + I₂₂) mittels der Elektrode 23a aus der Schmelze 2 fließt.

Fig. 10 zeigt in schematischer Weise den beobachteten Zu stand des Rotationsstromes, der in dem Schmelztiegel 5 ge haltenen Schmelze 2 bei der vierten Ausführungsform. Dies wurde durch den gleichen Test der Erfinder, wie bei der er sten Ausführungsform erläutert, erzielt.

Wie aus der Fig. 10 zu ersehen ist, treten die zwei elek trischen Ströme I₂₁ und I₂₂ mittels der Elektroden 13b und 13d vertikal in die Schmelze 2 ein und treten aus der Schmelze 2 mittels der Elektrode 13a bzw. 13c vertikal aus der Schmelze aus, während das Magnetfeld H rechtwinklig zur Oberfläche 2a der Schmelze 2 liegt. Somit wird die erste Schmelze 2 infolge der Interaktion zwischen den elektri schen Strömen I₁₁ und I₁₂ und dem Magnetfeld H mit der Lorentz-Kraft beaufschlagt, wodurch in der Schmelze 2 die zur Züchtachse C zentrierten Rotationskräfte erzeugt wer den. Infolge dieser Rotationskräfte treten die Rotations ströme F21, F22 und F23 der Schmelze 2 um die Achse C auf und die Schmelze 2 ist gerührt. Als ein Ergebnis ist die radiale und axiale Fluktuation der Dotiermittelkonzentra tion in dem gezüchteten Kristall 1 gleichförmig gemacht.

Mit der Vorrichtung zum Züchten von Halbleiterkristallen gemäß der vierten Ausführungsform gemäß Fig. 9 fließt wäh rend des Züchtvorganges wie bei der Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform durch den wachsenden Einkristall 1, welcher den Hals 7 enthält, kein elektrischer Strom. Als ein Ergebnis werden die gleichen Vorteile wie bei der er sten Ausführungsform erzielt.

In der Vorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform sind die zwei Stromversorgungen 24a und 24b vorgesehen, um die Elektroden 23a und 23b und die Elektroden 23c und 23a mit den elektrischen Strömen I₂₁ bzw. I₂₂ zu speisen. Es kann jedoch eine der Stromversorgungen 24a und 24b weggelassen werden. In diesem Fall speist die übrig gebliebene Strom versorgung 24a oder 24b die Ströme I₂₁ und I₂₂.

BEISPIELE

Um die Vorteile der Erfindung zu bewerten und zu bestäti gen, haben die Erfinder einige Tests durchgeführt, wie sie in den folgenden Beispiel und Vergleichsbeispielen gezeigt sind.

BEISPIELE 1-16

Um die Vorteile zu bestätigen, daß die Dotiermittelkonzen tration in dem Halbleiter-Einkristall 1 im wesentlichen gleichförmig ist und daß der Kristall 1 mit einem Gewicht von 100 kg oder mehr gezüchtet werden kann, wurde ein Sili zium-Einkristall unter Verwendung der Vorrichtung zum Züch ten von Kristallen gemäß der vorliegenden Erfindung unter den folgenden Bedingungen gezüchtet.

Bei den Beispielen 1 bis 16 wurden als erstes 150 kg einer Siliziumschmelze in einem Schmelztiegel 5 hergestellt, der aus einem gesinterten Siliziumoxid bestand, und dann wurde ein Silizium-Einkristall dotiert mit Bor (B) als beabsich tigtem Dotiermittel mit einem Durchmesser von 20 cm gezüch tet. Jede der Elektroden zum Zuführen des elektrischen Stroms war aus einem Silizium-Einkristall mit einem Durch messer von 0,7 cm gebildet. Diese Elektroden waren axial symmetrisch zur Züchtachse C dergestalt, daß die unteren Enden der Elektroden in die Siliziumschmelze in dem Schmelztiegel 5 eingetaucht waren. Die Elektroden lagen mit einem Abstand von 5 bis 10 cm zur Innenwand innerhalb des Schmelztiegels.

Beispiele 1 bis 4

Bei den Beispielen 1 bis 4 waren die zwei Elektroden 3a und 3b, wie in der Fig. 3 gezeigt, angeordnet. Das beauf schlagte Magnetfeld H war auf 0,03 T, 0,05 T, 0,1 T oder 0,3 T festgelegt, während der elektrische Strom gemäß der Länge des wachsenden Siliziumkristalls 1 geändert wurde. Das Er gebnis ist in den folgenden Tabellen 1A und 1B gezeigt.

Tabelle 1A zeigt die Intensität des angelegten Magnetfeldes H (T), des zugeführten elektrischen Stromes I₁ (A) und die Länge (cm) des gezüchteten Kristalls 1. Die Tabelle 1B zeigt die radiale und axiale Fluktuation (%) der Sauer stoffkonzentration und die radiale und axiale Fluktuation (%) der Borkonzentration des gezüchteten Kristalls 1.

Die radiale Fluktuation (%) von Sauerstoff oder Bor wurde durch die Differenz zwischen peripherer Konzentration und zentraler Konzentration, bezogen auf die zentrale Konzen tration, multipliziert mit 100 für das Ergebnis in %, be rechnet. Die axiale Fluktuation (%) von Sauerstoff oder Bor wurde durch die Differenz zwischen Mindestkonzentration und Maximalkonzentration, bezogen auf die mittlere Konzentra tion, multipliziert mit 100 für das Ergebnis in %, berech net.

TABELLE 1A

TABELLE 1B

Beispiele 5 bis 8

In den Beispielen 5 bis 8 waren die vier Elektroden 13a, 13b, 13c und 13d, wie in der Fig. 5 gezeigt, angeordnet. Das angelegte Magnetfeld H war auf 0,03 T, 0,05 T, 0,1 T oder 0,3 T festgelegt, während die elektrischen Ströme I₁₁ und I₁₂ gemäß der Länge des wachsenden Silizium-Einkristalls 1 ge ändert wurden. Das Ergebnis ist in den folgenden Tabellen 2A und 2B gezeigt.

TABELLE 2A

TABELLE 2B

Beispiele 9 bis 12

Bei den Beispielen 9 bis 12 waren die zwei Elektroden 3a und 3b, wie in der Fig. 3 gezeigt, angeordnet. Der elektri sche Strom I₁ war auf 4A, 8A, 12A oder 16A festgelegt, wäh rend die Intensität des Magnetfeldes H gemäß der Länge des wachsenden Silizium-Einkristalls 1 geändert wurde. Das Er gebnis ist in den folgenden Tabellen 3A und 3B gezeigt.

TABELLE 3A

TABELLE 3B

Beispiele 13 bis 16

Bei den Beispielen 13 bis 16 waren die vier Elektroden 13a, 13b, 13c und 13d, wie in der Fig. 7 gezeigt, angeordnet. Der elektrische Strom I₁₁ und I₁₂ war auf 4A, 8A, 12A oder 16A festgelegt, während die Intensität des Magnetfeldes H gemäß der Länge des wachsenden Siliziumkristalls geändert wurde. Das Ergebnis ist in den folgenden Tabellen 4A und 4B gezeigt.

TABELLE 4A

TABELLE 4B

Wie aus dem Testergebnis der Beispiele 1 bis 16, das in den Tabellen 1A bis 4A und 1B bis 4B gezeigt ist, zu ersehen ist, konnte ein Silizium-Einkristall 1 mit 20 cm Durchmes ser und 150 cm Länge mit einem Gewicht von 110 kg gezüchtet werden, wobei die radialen Sauerstoffkonzentrationen von Sauerstoff und Bor auf 1% oder weniger begrenzt waren und die axialen Sauerstoffkonzentrationen von Sauerstoff und Bor auf 5% oder weniger begrenzt waren.

BEISPIELE 17-32

In den folgenden Beispielen 17 bis 32 war der Durchmesser des Silizium-Einkristalls 1 auf 30 cm gesetzt, was größer als bei den Beispielen 1 bis 16 war. Der Silizium-Einkri stall 1 wurde unter Verwendung der Vorrichtung zum Züchten von Kristallen gemäß der vorliegenden Erfindung unter den folgenden Bedingungen gezüchtet.

Als erstes wurden 250 kg Siliziumschmelze in dem Schmelz tiegel 5 erzeugt, der aus gesintertem Siliziumoxid bestand, und dann wurde ein Silizium-Einkristall mit einem Durchmes ser von 30 cm und mit Bor (B) als beabsichtigtem Dotiermit tel dotiert, gezüchtet. Jede der Elektroden zum Zuführen des elektrischen Stromes bestand aus einem zylindrischen Silizium-Einkristall mit einem Durchmesser von 1 cm, do tiert mit Bor. Diese Elektroden waren axial-symmetrisch zur Züchtachse C dergestalt angeordnet, daß die unteren Enden der Elektroden in die Siliziumschmelze 2 in dem Schmelztie gel 5 eingetaucht waren. Die Elektroden lagen innerhalb des Schmelztiegels 5 mit einem Abstand von 20 cm zur Innenwand.

Beispiele 17 bis 20

Bei den Beispielen 17 bis 20 waren die zwei Elektroden 3a und 3b, wie in der Fig. 3 gezeigt, angeordnet. Die Intensi tät des angelegten Magnetfeldes H war auf 0,03 T, 0,05 T, 0,1 T oder 0,3 T festgelegt, während der Strom I₁ gemäß der Länge des wachsenden Siliziumkristalls 1 geändert wurde. Das Ergebnis ist in den folgenden Tabellen 5A und 5B ge zeigt.

TABELLE 5A

TABELLE 5B

Beispiele 21 bis 24

Bei den Beispielen 21 bis 24 waren vier Elektroden 13a, 13b, 13c und 13d, wie in der Fig. 5 gezeigt, angeordnet. Die Intensität des angelegten Magnetfeldes H war mit 0,03 T, 0,05 T, 0,1 T oder 0,3 T festgelegt, während die elektrischen Ströme I₁₁ und I₁₂ gemäß der Länge des wachsenden Silizium kristalls 1 geändert wurden. Das Ergebnis ist in den fol genden Tabellen 6A und 6B gezeigt.

TABELLE 6A

TABELLE 6B

Beispiele 25 bis 28

Bei den Beispielen 25 bis 28 waren die zwei Elektroden 3a und 3b, wie in der Fig. 3 gezeigt, angeordnet. Der elektri sche Strom I₁ war mit 8A, 12A, 16A oder 20A festgelegt, während die Intensität des Magnetfeldes H gemäß der Länge des wachsenden Siliziumkristalls 1 verändert wurde. Das Er gebnis ist in den folgenden Tabellen 7A und 7B gezeigt.

TABELLE 7A

TABELLE 7B

Beispiele 29 bis 32

Bei den Beispielen 29 bis 32 waren die vier Elektroden 13a, 13b, 13c und 13d, wie in der Fig. 7 gezeigt, angeordnet. Die elektrischen Ströme I₁₁ und I₁₂ waren auf 8A, 12A, 16A oder 20A festgelegt, während die Intensität des Magnetfel des H gemäß der Länge des wachsenden Siliziumkristalls 1 geändert wurde. Das Ergebnis ist in den folgenden Tabellen 8A und 8B gezeigt.

TABELLE 8A

TABELLE 8B

Wie aus dem Ergebnis der Beispiele 17 bis 32, das in den Tabellen 5A bis 8A und 5B bis 8B gezeigt ist, zu ersehen ist, war es möglich, einen Silizium-Einkristall 1 mit 30 cm Durchmesser und 100 cm Länge, der 165 kg schwer war, zu züchten, wobei die radiale Sauerstoffkonzentration des Sau erstoffes und Bors auf 1% oder weniger begrenzt war und die axialen Sauerstoffkonzentrationen von Sauerstoff und Bor auf 5% oder weniger begrenzt waren.

BEISPIELE 33-40

In den folgenden Beispielen 33 bis 40 war der Durchmesser des Silizium-Einkristalls 1 auf 40 cm gesetzt, was größer als bei den Beispielen 17 bis 32 ist. Das Silizium 1 wurde unter Verwendung der Kristallzüchtvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung unter den folgenden Bedingungen ge züchtet.

Als erstes wurden 400 kg Siliziumschmelze in dem Schmelz tiegel 5, der aus gesintertem Siliziumoxid bestand, herge stellt, und dann wurde ein Silizium-Einkristall 1 mit einem Durchmesser von 40 cm, der mit Bor (B) als beabsichtigtem Dotiermittel dotiert war, gezüchtet. Jede der Elektroden zum Zuführen des elektrischen Stromes bestand aus einem zy lindrischen, bor-dotierten Silizium-Einkristall mit 1,5 cm Durchmesser. Diese Elektroden waren axial-symmetrisch zur Züchtachse C so angeordnet, daß die unteren Enden der Elek troden in die Siliziumschmelze im Schmelztiegel 5 einge taucht waren. Die Elektroden waren innerhalb des Schmelz tiegels 5 mit einem Abstand von 30 cm zur Innenwand ange ordnet.

Beispiele 33 bis 35

Bei den Beispielen 33 bis 35 waren die vier Elektroden 13a, 13b, 13c und 13d, wie in der Fig. 5 gezeigt, angeordnet. Die Intensität des angelegten Magnetfeldes H war mit 0,3 T, 0,5 T oder 0,7 T festgelegt, während die elektrischen Ströme I₁₁ und I₁₂ gemäß der Länge des wachsenden Siliziumkristalls 1 geändert wurden. Das Ergebnis ist in den folgenden Tabel len 9A und 9B gezeigt.

TABELLE 9A

TABELLE 9B

Beispiele 36 bis 38

Bei den Beispielen 36 bis 38 waren die vier Elektroden 13a, 13b, 13c und 13d, wie in der Fig. 7 gezeigt, angeordnet. Die angelegten Ströme I₁₁ und I₁₂ waren mit 12A, 16A oder 20A festgelegt, während die Intensität des Magnetfeldes H gemäß der Länge des wachsenden Siliziumkristalls 1 geändert wurde. Das Ergebnis ist in den folgenden Tabellen 10A und. 10B gezeigt.

TABELLE 10A

TABELLE 10B

Wie aus dem Ergebnis der Beispiele 33 bis 38, das in den Tabellen 9A bis 10A und 9B bis 10B gezeigt ist, zu ersehen ist, war es möglich, einen Silizium-Einkristall mit 40 cm Durchmesser und 80 cm Länge mit einem Gewicht von 235 kg zu züchten, wobei die radialen Sauerstoffkonzentrationen von Sauerstoff und Bor auf 1% oder weniger und die axialen Sau erstoffkonzentrationen von Sauerstoff und Bor auf 5% oder weniger begrenzt waren.

VERGLEICHSBEISPIELE 1-10

Bei den folgenden Vergleichsbeispielen 1 bis 10 wurde ein bor-dotierter Silizium-Einkristall mit 20 cm oder 40 cm Durchmesser unter den folgenden Bedingungen unter Verwen dung der herkömmlichen Kristallzüchtvorrichtung gezüchtet, wobei die Rotation und das Hochziehen des Schmelztiegels mechanisch gesteuert wurde.

Für den Siliziumkristall mit 20 cm Durchmesser wurden 150 kg Siliziumschmelze in dem Schmelztiegel, der aus gesinter tem Siliziumoxid bestand, hergestellt, und dann wurde ein Silizium-Einkristall, der mit Bor als beabsichtigtem Do tiermittel dotiert war, gezüchtet. Die Rotationsgeschwin digkeit des Schmelztiegels war im Bereich von 1 U/min bis 20 U/min eingestellt.

Für den Siliziumkristall mit 40 cm Durchmesser wurden 400 kg Siliziumschmelze in einem Schmelztiegel, der aus gesin tertem Siliziumoxid bestand, hergestellt, und dann wurde ein Silizium-Einkristall, der mit Bor als beabsichtigtem Dotiermittel dotiert war, gezüchtet. Die Rotationsgeschwin digkeit des Schmelztiegels war im Bereich von 1 U/min bis 20 U/min eingestellt.

Das Ergebnis ist in den folgenden Tabellen 11A und 11B ge zeigt.

TABELLE 11A

TABELLE 11B

Wie aus dem Ergebnis der Vergleichsbeispiele 1 bis 10, das in den Tabellen 11A und 11B gezeigt ist, zu ersehen ist, war es möglich, einen Silizium-Einkristall mit 20 cm Durch messer, 150 cm Länge und 110 kg Gewicht, und einen Sili zium-Einkristall mit 40 cm Durchmesser, 80 cm Länge und 235 kg Gewicht zu züchten. Sowohl die radialen als auch axialen Sauerstoffkonzentrationen von Sauerstoff und Bor hatten je doch große, nicht akzeptierbare Fluktuationen.

VERGLEICHSBEISPIELE 11-14

Bei den folgenden Vergleichsbeispielen 11 bis 14 wurde ein bor-dotierter Silizium-Einkristall mit 20 cm Durchmesser unter den folgenden Bedingungen unter Verwendung der Kri stallzüchtvorrichtung gemäß dem Stand der Technik, wie in der Fig. 1 gezeigt, gezüchtet.

Es wurden 200 kg Siliziumschmelze in dem Schmelztiegel 105, der aus gesintertem Siliziumoxid bestand, hergestellt, und dann wurde ein Silizium-Einkristall 101, der mit Bor (B) als beabsichtigtem Dotiermittel dotiert war, gezüchtet. Jede der zwei Elektroden 103 zum Zuführen des elektrischen Stroms bestand aus einem Silizium-Einkristall mit 0,7 cm Durchmesser. Diese Elektroden 103 waren axial-symmetrisch zur Züchtachse dergestalt angeordnet, daß die unteren Enden der Elektroden 103 in die Siliziumschmelze 102 im Schmelz tiegel 105 eingetaucht waren. Die Elektroden 103 waren in nerhalb des Schmelztiegels 105 mit einem Abstand von 10 cm zur Innenwand angeordnet.

Die Intensität des angelegten Magnetfeldes H war mit 0,03 T, 0,05 T, 0,1 T oder 0,3 T festgelegt, während der elektrische Strom gemäß der Länge des wachsenden Siliziumkristalls 101 geändert wurde.

Das Ergebnis ist in den folgenden Tabellen 12A und 12B ge zeigt.

TABELLE 12A

TABELLE 12B

VERGLEICHSBEISPIELE 15-17

Bei den folgenden Vergleichsbeispielen 15 bis 17 wurde ein bor-dotierter Silizium-Einkristall mit 40 cm Durchmesser unter den folgenden Bedingungen unter Verwendung der in der Fig. 1 gezeigten Kristallzüchtvorrichtung gemäß dem Stand der Technik gezüchtet.

Es wurden 400 kg Siliziumschmelze in dem Schmelztiegel 105, der aus gesintertem Siliziumoxid bestand, hergestellt, und dann wurde ein Silizium-Einkristall 101, der mit Bor (B) als beabsichtigtem Dotiermittel dotiert war, gezüchtet. Jede der vier Elektroden 103 zum Zuführen des elektrischen Stroms bestand aus einem zylindrischen Silizium-Einkristall mit 1,5 cm Durchmesser. Diese Elektroden 103 waren axial symmetrisch zur Züchtachse dergestalt angeordnet, daß die unteren Enden der Elektroden 103 in die Siliziumschmelze 102 im Schmelztiegel 105 eingetaucht waren. Die Elektroden 103 waren innerhalb des Schmelztiegels 105 mit einem Ab stand von 30 cm zur Innenwand angeordnet.

Die Intensität des angelegten Magnetfeldes H war mit 0,3 T, 0,5 T oder 0,7 T festgelegt, während der elektrische Strom gemäß der Länge des wachsenden Siliziumkristalls 101 geän dert wurde.

Das Ergebnis ist in den folgenden Tabellen 13A und 13B ge zeigt.

TABELLE 13A

TABELLE 13B

Wie aus dem Ergebnis der Vergleichsbeispiele 11 bis 17, das in den Tabellen 13A und 13B gezeigt ist, zu ersehen ist, war es möglich, einen Silizium-Einkristall zu züchten, bei dem die radialen Sauerstoffkonzentrationen von Sauerstoff und Bor auf 1% oder weniger begrenzt waren und die axialen Sauerstoffkonzentrationen von Sauerstoff und Bor auf 5% oder weniger begrenzt waren. Die mögliche Länge und das mögliche Gewicht des gezüchteten Kristalls 101 war jedoch auf 110 cm oder weniger und 80 kg oder weniger bei einem Durchmesser von 20 cm und auf 30 cm oder weniger und 88 kg oder weniger bei einem Durchmesser von 40 cm begrenzt.

Somit hat es sich bestätigt, daß mit der in der Fig. 1 ge zeigten Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik es nicht möglich war, einen Silizium-Einkristall mit 100 kg oder ei nem höheren Gewicht zu züchten.

VARIATIONEN

Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen und Beispiele in soweit erläutert worden sind, ist es unnötig zu sagen, daß die Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen und Bei spiele begrenzt ist, und daß jegliche Variation dabei anzu wenden ist.

Beispielsweise kann, falls notwendig, die Anzahl und Anord nung der Elektroden zum Zuführen des elektrischen Stromes zur Halbleiterschmelze wahlweise geändert werden. Das ange legte Magnetfeld, der zugeführte elektrische Strom und de ren Änderungsraten während dem Züchtvorgang können eben falls wahlweise, falls notwendig, geändert werden.

In den vorstehend beschriebenen Beispielen ist entweder die Magnetfeldintensität oder der elektrische Strom einge stellt; es können jedoch beide gleichzeitig eingestellt werden.

Obwohl die bevorzugten Formen der vorliegenden Erfindung beschrieben worden sind, ist zu ersehen, daß Modifikationen für den Fachmann denkbar sind, ohne daß vom Erfindungsge danken abgewichen wird. Der Umfang der vorliegenden Erfin dung ist daher allein durch die folgenden Patentansprüche bestimmt.

Claims

1. Vorrichtung zum Züchten eines Halbleiter-Einkristalls unter Verwendung des Czochralski-Verfahrens, mit:

a) einem Schmelztiegel zum Halten einer Halbleiter schmelze;
b) einer Heizvorrichtung zum Heizen des Schmelztiegels;
c) einem Zugmechanismus zum Hochziehen eines Halbleiter- Einkristalls aus der Schmelze, die in dem Schmelztie gel gehalten ist, unter Verwendung eines Kristall keims;
d) einer ersten Stromversorgung mit einem ersten Anschluß und einem zweiten Anschluß;
e) einer ersten Elektrode mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende;
wobei das erste Ende der ersten Elektrode elek trisch mit dem ersten Anschluß der ersten Stromversor gung verbunden ist;
das zweite Ende der ersten Elektrode so gestaltet ist, daß es die in dem Schmelztiegel gehaltene Schmelze kontaktiert;
f) einer zweiten Elektrode mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende;
wobei das erste Ende der zweiten Elektrode elek trisch mit dem zweiten Anschluß der ersten Stromver sorgung verbunden ist;
das zweite Ende der zweiten Elektrode so gestal tet ist, daß es die in dem Schmelztiegel gehaltene Schmelze kontaktiert;
g) einem Magnetfeldgenerator zum Erzeugen eines Magnet feldes in der im Schmelztiegel gehaltenen Schmelze;
wobei bei einem Züchtvorgang mittels der ersten Stromversorgung eine spezifische Spannung an die er sten Enden der ersten und zweiten Elektroden angelegt wird, wodurch ein elektrischer Strompfad gebildet wird, der die zweiten Enden der ersten und zweiten Elektroden in der im Schmelztiegel gehaltenen Schmelze verbindet;
und wobei während des Züchtvorganges mit dem Ma gnetfeldgenerator ein Magnetfeld erzeugt wird, das den elektrischen Strompfad in der im Schmelztiegel gehal tenen Schmelze schneidet;
und wobei der Einkristall so gezüchtet wird, daß zwischen dem Kristallkeim und einem Kopfende des Ein kristalls ein Hals gebildet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die zweiten Enden der ersten und zweiten Elektroden so gestaltet sind, daß sie die Oberfläche der in dem Schmelztiegel gehaltenen Schmelze kontaktieren;
und wobei das durch den Magnetfeldgenerator erzeugte Magnetfeld ungefähr rechtwinklig zur Oberfläche der Schmelze ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die ersten und zweiten Elektroden axial-symmetrisch zu einer Züchtachse des Einkristalls angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die ersten und zweiten Elektroden aus dem gleichen Material wie der Halb leiter-Einkristall bestehen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die ersten und zweiten Elektroden mit dem gleichen Dotiermittel wie der Halbleiter-Einkristall dotiert sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Magnetfeld, welches mit dem Magnetfeldgenerator erzeugt wird, ungefähr axial-symmetrisch zu einer Züchtachse des Einkristalls liegt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin mit:

a) einer zweiten Stromversorgung mit einem ersten An schluß und einem zweiten Anschluß;
b) einer dritten Elektrode mit einem ersten Ende und ei nem zweiten Ende;
wobei das erste Ende der dritten Elektrode elek trisch mit dem ersten Anschluß der zweiten Stromver sorgung verbunden ist;
das zweite Ende der dritten Elektrode so gestal tet ist, daß es die in dem Schmelztiegel gehaltene Schmelze kontaktiert; und
c) einer vierten Elektrode mit einem ersten Ende und ei nem zweiten Ende;
wobei das erste Ende der vierten Elektrode elek trisch mit dem zweiten Anschluß der zweiten Stromver sorgung verbunden ist;
das zweite Ende der vierten Elektrode so gestal tet ist, daß es die in dem Schmelztiegel gehaltene Schmelze kontaktiert.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die zweiten Enden der ersten, zweiten, dritten und vierten Elektroden so ge staltet sind, daß sie die Oberfläche der in dem Schmelztie gel gehaltenen Schmelze kontaktieren;
und wobei das durch den Magnetfeldgenerator erzeugte Magnetfeld ungefähr rechtwinklig zur Oberfläche der Schmelze ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die ersten, zwei ten, dritten und vierten Elektroden axial-symmetrisch zur Züchtachse der Vorrichtung angeordnet sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die ersten, zwei ten, dritten und vierten Elektroden aus dem gleichen Mate rial wie der Halbleiter-Einkristall bestehen.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die ersten, zwei ten, dritten und vierten Elektroden mit dem gleichen Do tiermittel wie der Halbleiter-Einkristall dotiert sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei das durch den Ma gnetfeldgenerator erzeugte Magnetfeld ungefähr axial-symme trisch zur Züchtachse des Einkristalls ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin mit:

a) wenigstens einer zusätzlichen Elektrode mit einem er sten Ende und einem zweiten Ende;
wobei das erste Ende der zusätzlichen Elektrode elektrisch mit dem ersten Anschluß der ersten Strom versorgung verbunden ist; und
das zweite Ende der zusätzlichen Elektrode so ge staltet ist, daß es die in dem Schmelztiegel gehaltene Schmelze kontaktiert.

14. Verfahren zum Züchten eines Halbleiter-Einkristalls unter Verwendung des Czochralski-Verfahrens, mit den Schritten:

a) Erzeugen einer Halbleiterschmelze, die in einem Schmelztiegel gehalten ist, unter Verwendung einer Heizvorrichtung;
b) Vorsehen einer Stromversorgung mit einem ersten An schluß und einem zweiten Anschluß;
c) Vorsehen einer ersten Elektrode mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende dergestalt, daß das erste Ende der ersten Elektrode elektrisch mit dem ersten An schluß der Stromversorgung verbunden ist und das zweite Ende der ersten Elektrode die in dem Schmelz tiegel gehaltene Schmelze kontaktiert;
d) Vorsehen einer zweiten Elektrode mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende dergestalt, daß das erste Ende der zweiten Elektrode elektrisch mit dem zweiten An schluß der ersten Stromversorgung verbunden ist und das zweite Ende der zweiten Elektrode die in dem Schmelztiegel gehaltene Schmelze kontaktiert;
e) Anlegen einer spezifischen Spannung an die ersten En den der ersten und zweiten Elektroden mittels der Stromversorgung, wodurch ein elektrischer Strompfad gebildet wird, der die zweiten Enden der ersten und zweiten Elektroden in der im Schmelztiegel gehaltenen Schmelze verbindet;
f) Erzeugen eines Magnetfeldes, das den elektrischen Strompfad, welcher in der im Schmelztiegel gehaltenen Schmelze ausgebildet ist, schneidet;
g) Hochziehen eines Kristallkeims aus der in dem Schmelz tiegel gehaltenen Schmelze entlang einer spezifischen Züchtachse, wodurch ein Halbleiter-Einkristall aus der Schmelze gezüchtet wird, wobei zwischen dem Kristall keim und einem Kopfende des wachsenden Einkristalls ein Hals ausgebildet ist.

15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei während des gesamten Züchtvorganges des Einkristalls an den Einkristall kein elektrischer Strom angelegt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 14, wobei wenigstens ein elek trischer Strom durch den elektrischen Strompfad fließt, der in der Schmelze gebildet ist, und das in der Schmelze er zeugte Magnetfeld so eingestellt ist, daß eine Dotiermit telkonzentration in dem Einkristall während des Züchtvor ganges des Einkristalls gleichförmig wird.

17. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die zweiten Enden der ersten und zweiten Elektroden mit einer Oberfläche der in dem Schmelztiegel gehaltenen Schmelze kontaktieren;
und wobei das durch den Magnetfeldgenerator erzeugte Magnetfeld ungefähr rechtwinklig zur Oberfläche der Schmelze verläuft.

18. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die ersten und zwei ten Elektroden axial-symmetrisch zu einer Züchtachse des Einkristalls angeordnet werden.

19. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die ersten und zwei ten Elektroden aus dem gleichen Material wie der Halblei ter-Einkristall bestehen.

20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei die ersten und zwei ten Elektroden mit dem gleichen Dotiermittel wie der Halb leiter-Einkristall dotiert sind.

21. Verfahren nach Anspruch 14, wobei das durch den Ma gnetfeldgenerator erzeugte Magnetfeld ungefähr axial-symme trisch zu einer Züchtachse des Einkristalls verläuft.

22. Verfahren nach Anspruch 14, weiterhin mit den Schrit ten:

a) Vorsehen einer zweiten Stromversorgung mit einem er sten Anschluß und einem zweiten Anschluß;
b) Vorsehen einer dritten Elektrode mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende;
wobei das erste Ende der dritten Elektrode elek trisch an den ersten Anschluß der zweiten Stromversor gung angeschlossen ist;
das zweite Ende der dritten Elektrode so gestal tet ist, daß es die in dem Schmelztiegel gehaltene Schmelze kontaktiert; und
c) Vorsehen einer vierten Elektrode mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende;
wobei das erste Ende der vierten Elektrode elek trisch mit dem zweiten Anschluß der zweiten Stromver sorgung verbunden ist;
das zweite Ende der vierten Elektrode so gestal tet ist, daß es die in dem Schmelztiegel gehaltene Schmelze kontaktiert.

23. Verfahren nach Anspruch 22, wobei die zweiten Enden der ersten, zweiten, dritten und vierten Elektroden eine Oberfläche der in dem Schmelztiegel gehaltenen Schmelze kontaktieren;
und wobei das durch den Magnetfeldgenerator erzeugte Magnetfeld ungefähr rechtwinklig zur Oberfläche der Schmelze ist.

24. Verfahren nach Anspruch 22, wobei die ersten, zweiten, dritten und vierten Elektroden axial-symmetrisch zu einer Züchtachse der Vorrichtung angeordnet sind.

25. Verfahren nach Anspruch 22, wobei die ersten, zweiten, dritten und vierten Elektroden aus dem gleichen Material wie der Halbleiter-Einkristall bestehen.

26. Verfahren nach Anspruch 22, wobei die ersten, zweiten, dritten und vierten Elektroden mit dem gleichen Dotiermit tel wie der Halbleiter-Einkristall dotiert sind.

27. Verfahren nach Anspruch 22, wobei das durch den Ma gnetfeldgenerator erzeugte Magnetfeld ungefähr axial-symme trisch zur Züchtachse des Einkristalls ist.

28. Verfahren nach Anspruch 14, weiterhin mit den Schrit ten:

a) Vorsehen von wenigstens einer zusätzlichen Elektrode mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende;
wobei das erste Ende der zusätzlichen Elektrode elektrisch mit dem ersten Anschluß der ersten Strom versorgung verbunden ist; und
das zweite Ende der zusätzlichen Elektrode so ge staltet ist, daß es die in dem Schmelztiegel gehaltene Schmelze kontaktiert.

29. Vorrichtung zum Züchten eines Halbleiter-Einkristalls unter Verwendung des Czochralski-Verfahrens, mit:

a) einem Schmelztiegel zum Halten einer Halbleiter schmelze;
b) einer Heizvorrichtung zum Heizen des Schmelztiegels;
c) einen Zugmechanismus zum Hochziehen eines Halbleiter- Einkristalls aus der Schmelze, die in dem Schmelztie gel gehalten ist, unter Verwendung eines Kristall keims; und
d) einem Magnetfeldgenerator zum Erzeugen eines Magnet feldes in der im Schmelztiegel gehaltenen Schmelze;
e) wobei der Einkristall so gezüchtet wird, daß zwischen dem Kristallkeim und einem Kopfende des Einkristalls ein Hals gebildet ist;

gekennzeichnet durch

a) eine erste Stromversorgung mit einem ersten Anschluß und einem zweiten Anschluß;
b) eine erste Elektrode mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende,
wobei das erste Ende der ersten Elektrode elek trisch mit dem ersten Anschluß der ersten Stromversor gung verbunden ist;
das zweite Ende der ersten Elektrode so gestaltet ist, daß es die in dem Schmelztiegel gehaltene Schmelze kontaktiert;
c) eine zweite Elektrode mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende;
wobei das erste Ende der zweiten Elektrode elek trisch mit dem zweiten Anschluß der ersten Stromver sorgung verbunden ist;
das zweite Ende der zweiten Elektrode so gestal tet ist, daß es die in dem Schmelztiegel gehaltene Schmelze kontaktiert;
d) das Anlegen einer spezifischen Spannung an die ersten Enden der ersten und zweiten Elektroden mittels der Stromversorgung bei einem Züchtvorgang, wodurch ein elektrischer Strompfad gebildet wird, der die zweiten Enden der ersten und zweiten Elektroden in der im Schmelztiegel gehaltenen Schmelze verbindet.

30. Verfahren zum Züchten eines Halbleiter-Einkristalls unter Verwendung des Czochralski-Verfahrens, mit den Schritten:

a) Erzeugen einer Halbleiterschmelze, die in einem Schmelztiegel gehalten ist, unter Verwendung einer Heizvorrichtung;
b) Erzeugen eines Magnetfeldes, damit dieses den elektri schen Strompfad schneidet, welcher in der in dem Schmelztiegel gehaltenen Schmelze ausgebildet worden ist; und
c) Hochziehen eines Kristallkeims aus der im Schmelztie gel gehaltenen Schmelze entlang einer spezifischen Züchtachse, wodurch ein Halbleiter-Einkristall aus der Schmelze gezüchtet wird, wobei zwischen dem Kristall keim und einem Kopfende des wachsenden Einkristalls ein Halt gebildet wird;

gekennzeichnet durch

a) Vorsehen einer Stromversorgung mit einem ersten An schluß und einem zweiten Anschluß;
b) Vorsehen einer ersten Elektrode mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende dergestalt, daß das erste Ende der ersten Elektrode elektrisch mit dem ersten An schluß der Stromversorgung verbunden ist und das zweite Ende der ersten Elektrode die in dem Schmelz tiegel gehaltene Schmelze kontaktiert;
c) Vorsehen einer zweiten Elektrode mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende dergestalt, daß das erste Ende der zweiten Elektrode elektrisch mit dem zweiten An schluß der Stromversorgung verbunden ist und das zweite Ende der zweiten Elektrode die in dem Schmelz tiegel gehaltene Schmelze kontaktiert; und
d) Anlegen einer spezifischen Spannung an die ersten En den der ersten und zweiten Elektroden durch die Strom versorgung, wodurch ein elektrischer Strompfad gebil det wird, der die zweiten Enden der ersten und zweiten Elektroden in der in dem Schmelztiegel gehaltenen Schmelze verbindet.