DE10110697B4

DE10110697B4 - Vorrichtung und Verfahren zum Züchten von Halbleitereinkristallen

Info

Publication number: DE10110697B4
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: 2004-04-29
Anticipated expiration: 2021-03-07
Also published as: JP2001247394A; DE10110697A1; US6497761B2; US20010047749A1; JP3512074B2

Abstract

Vorrichtung zum Züchten eines Halbleiter-Einkristalls nach dem Czochralski-Verfahrens, mit:
(a) einem Schmelztiegel zum Halten einer Halbleiterschmelze;
(b) einer Heizvorrichtung zum Heizen des Schmelztiegels;
(c) einem Zugmechanismus zum Hochziehen eines Halbleiter-Einkristalls aus der Schmelze, die in dem Schmelztiegel gehalten ist, unter Verwendung eines Kristallkeims;
(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 elektrisch mit dem ersten Anschluß der ersten Stromversorgung 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 elektrisch mit dem zweiten Anschluß der ersten Stromversorgung verbunden ist;
das zweite Ende der zweiten Elektrode so gestaltet ist,...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Technik zum Züchten von Einkristallen aus Halbleiter, wie beispielsweise Silizium (Si), unter Verwendung des allgemein bekannten Czochralski-Züchtverfahrens und insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren für das Züchten eines Halbleiter-Einkristalls, bei dem eine Halbleiterschmelze in einem rotierenden Schmelztiegel mit einem Magnetfeld beaufschlagt wird, während an die Schmelze so ein elektrischer Strom angelegt 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 ultragroße integrierte Elektronikvorrichtungen (ULSIs) verwendet worden sind, werden aus einem Rohblock aus einem Halbleiter-Einkristall (beispielsweise Si) hergestellt. Ein Rohblock eines Halbleiter-Einkristalls wird typischerweise durch die Kristallzüchtung aus einer Halbleiterschmelze unter Verwendung des Czochralski-Verfahrens erhalten.
Bei dem Czochralski-Verfahren wird üblicherweise ein gewünschter Halbleiter-Einkristall vertikal aus einer rotierenden 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 Züchtprozesses 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 Schmelztiegels variiert die Konzentration der in dem Kristall dotierten Fremdatome.
Die Konzentration der Fremdatome, die in den wachsenden Kristall eingeleitet werden, variiert auch infolge der Mischung an der Grenzfläche zwischen dem wachsenden Kristall und der Schmelze, wenn die Züchtzeit erhöht wird. Somit besteht 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 gedreht, 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 gezüchteten Kristalles mit dem Größerwerden des Durchmessers des Kristalles schwieriger wird. Insbesondere führt diese Tendenz zu einem ernsthaften Problem bei der Siliziumkristallzüchtung.
Für das Züchten eines Silizium-Einkristalls ist spezifischerweise der Schmelztiegel aus einem gesinterten Siliziumoxid hergestellt und daher neigt der im Siliziumoxid existierende Sauerstoff zur Auflösung in den wachsenden Kristall. Aus diesem Grund muß die Konzentration des Sauerstoffes 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 gedreht werden, ist es jedoch schwierig, die axiale Fluktuation der Fremdatomkonzentration entlang der Ziehachse in dem gezüchteten Kristall unterhalb von 1% zu drücken. Um den Schmelztiegel mit großem Durchmesser mechanisch zu drehen, ist auch eine große Vorrichtung oder ein großes Untersystem erforderlich. Als ein Ergebnis wurde es schwieriger, einen Silizium-Einkristall mit großem Durchmesser zu züchten.
Die Schwierigkeit bei dem vorstehend beschriebenen herkömmlichen Verfahren kann durch die Technik gelöst werden, die in der japanischen Patentschrift JP 2,959,543 B2 , 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 gezüchteten Kristall gleichförmig gemacht.
1 zeigt die Konfiguration der Vorrichtung zum Züchten von Halbleiter-Einkristallen gemäß dem Stand der Technik, die in der vorstehend genannten japanischen Patentschrift JP 2, 959, 543 B2 offenbar ist.
Wie in der 1 gezeigt, hat die Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik einen Kristallzüchtofen 120 mit einer Kammer 109, einer Spuleneinheit 110 zum Erzeugen eines spezifischen Magnetfeldes, die so befestigt ist, daß sie den Ofen 120 umgibt, und eine Stromversorgung 104, die außerhalb des Ofens 120 vorgesehen ist. In der Kammer 109 sind ein Schmelztiegel 105 und eine Heizvorrichtung 108 montiert. Die Heizvorrichtung 108 ist so angeordnet, daß sie den Schmelztiegel 105 umgibt. Die Heizvorrichtung 108 wird dazu verwendet, ein Halbleiterrohmaterial in dem Schmelztiegel 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. 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 Hebemechanismus 112 gehalten. Der Mechanismus 112 dient dazu, die Spindel 106 (das heißt einen wachsenden Halbleiter-Einkristall 101) hochzuziehen oder anzuheben, während die Spindel 106 um ihre Achse dreht (das heißt die Zug- oder Züchtachse).
Die Spuleneinheit 110 ist elektrisch an eine Stromversorgung (nicht dargestellt) angeschlossen und wird mit einem spezifischen elektrischen Strom gespeist. Somit erzeugt die Einheit 110 in dem Schmelztiegel 105 ein spezifisches Magnetfeld 111.
Die Elektroden 103 sind in der Nähe des Schmelztiegels 105 vertikal so vorgesehen, daß sie axial-symmetrisch zur Spindel 106 angeordnet sind. Die Unterseiten der Elektroden 103 sind in die Schmelze 102 eingetaucht. In der 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 andere der Ausgangsanschlüsse der Versorgung 104 ist mittels eines Widerstandes 122 mit der Spindel 106 elektrisch verbunden. Parallel zu dem Widerstand 122 ist ein Voltmeter 123 elektrisch geschaltet.
Bei der in der 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 Kristallkeim existierenden Verschiebungen sich zu diesem Zeitpunkt auf den Einkristall 101 ausbreiten, wird zwischen 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 Spuleneinheit 110 von der Stromversorgung mit einem spezifischen elektrischen Strom gespeist, wodurch in der Kammer 109 ein Magnetfeld 111 erzeugt wird. Das so erzeugte Magnetfeld 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 Zugspindel 106 durch die Stromversorgung 104 eine spezifische Gleichspannung angelegt, wodurch der in dem Schmelztiegel 105 existierenden Schmelze 102 ein spezifischer elektrischer 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 Rotationskräfte 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 Fremdatomkonzentration in dem gezüchteten Kristall 101 gleichmäßig gemacht.
Weiterhin offenbaren die japanischen Patentschriften JP 2, 950, 332 B2 , ausgegeben im September 1999, JP 2, 885, 240 B2 , ausgegeben im April 1999, und JP 2, 930, 081 B2 ausgegeben im August 1999, die folgenden Techniken, welche sich auf die in der 1 gezeigte Vorrichtung zum Kristallzüchten beziehen.
Bei der in der japanischen Patentschrift JP 2,950,332 B2 offenbarten Technik wird wenigstens das Magnetfeld, mit welchem die Halbleiterschmelze beaufschlagt ist, oder der elektrische Strom, der der Schmelze zugeführt wird, geeignet eingestellt. Auf diese Art und Weise wird die Axialfluktuation der Fremdatomkonzentration gleichförmig gemacht.
Bei der in der japanischen Patentschrift JP 2,885,240 B2 offenbarten Technik sind die Elektroden, deren untere Enden in die Schmelze eingetaucht sind, aus dem gleichen Halbleitermaterial wie der zu züchtende Einkristall hergestellt. Somit wird das Einbauen von einem anderen Fremdatom als dem beabsichtigten Dotiermittel in den Einkristall unterdrückt.
Bei der in der japanischen Patentschrift JP 2,930,081 B2 offenbarten Technik sind die Elektroden, die dazu verwendet werden, den elektrischen Strom zur Schmelze zuzuführen, und deren untere Enden in die Schmelze eingetaucht sind, jeweils in Rohre eingesetzt, die aus dem gleichen Halbleitermaterial 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 verschlechtert. 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 beschrieben, die "Einschnürung" des Kristalls 101 durchgeführt, um zu verhindern, daß der Einkristall 101 Verschiebungen 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 Problemverursacht.
Bei der in der 1 gezeigten Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik fließt der durch die Stromversorgung 104 zugeführte elektrische Strom durch den wachsenden Kristall 101 und die Spindel 106 in die Halbleiterschmelze 101, und daher tritt in dem Hals 107 eine Wärmeerzeugung auf. Dies ist infolge der Tatsache der Fall, daß der Hals 107 einen höheren elektrischen Widerstand als der übrige Teil hat. Demgemäß 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-Einkristall 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 1 gezeigte Vorrichtung 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 japanischen Patentschriften 2,950,332, 2,885,240 und 2,930,081 genannten Techniken.
JP 02-217 389 A und JP 2000-053 487 A zeigen weitere Vorrichtungen zum Einleiten eines elektrischen Stromes in eine Halbleiterschmelze für eine Magnet-Czochralski-Verfahren, bei welchem der Einkristall stets als Gegenelektrode fungiert.
Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Züchten eines Halbleiter-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 züchten), wenn der gezüchtete Einkristall einen Hals aufweist.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Züchten eines Halbleiter-Einkristalls zu schaffen, bei dem verhindert ist, daß in dem Hals eines wachsenden Einkristalls infolge eines elektrischen Stromes, der durch den Hals fließt, Hitze erzeugt wird.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Züchten eines Halbleiter-Einkristalls zu schaffen, bei dem verhindert ist, daß der Hals eines wachsenden Einkristalls infolge des Eigengewichtes des Kristalls während dem Züchtvorgang bricht.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Züchten eines Halbleiter-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), wobei die radialen und axialen Dotiermittelkonzentrationen in dem Einkristall im wesentlichen gleichförmig bleiben.
Die vorstehenden Aufgaben zusammen mit anderen, nicht spezifisch erwähnten Aufgaben gehen für den Fachmann aus der folgenden Beschreibung im einzelnen hervor.
Diese Aufgaben werden gelöst durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 15.
Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Damit die vorliegende Erfindung leicht zur Wirkung gebracht werden kann, wird sie nun anhand der begleitenden Figuren beschrieben.
1 zeigt die Konfiguration einer Halbleiterkristall-Züchtvorrichtung gemäß dem Stand der Technik in einer schematischen Ansicht im Schnitt.
2 zeigt die Konfiguration einer Halbleiterkristall-Züchtvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung in einer schematischen Darstellung im Schnitt.
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 2.
4 zeigt die Fließrichtung der Halbleiterschmelze in dem Schmelztiegel und die Richtung, mit der der elektrische Strom durch die Elektrode in der Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform gemäß den 2 und 3 fließt, in einer schematischen Darstellung teilweise im Schnitt.
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 2, und zeigt die Anordnung der Elektroden mit Bezug auf die Züchtachse oder Zugspindel.
6 zeigt die Fließrichtung der Halbleiterschmelze in dem Schmelztiegel und die Richtung, mit der der elektrische Strom durch die Elektroden in der Vorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform gemäß 5 fließt, in einer schematischen Ansicht teilweise im Schnitt.
7 zeigt eine Halbleiterkristall-Züchtvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung in einer schematischen Darstellung teilweise im Schnitt entlang der gleichen Linie wie die Linie III-III in
2 und mit der Anordnung der Elektroden bezogen auf die Züchtachse oder Zugspindel.
8 zeigt die Fließrichtung der Halbleiterschmelze in dem Schmelztiegel und die Richtung, mit der der elektrische Strom durch die Elektroden in der Vorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform gemäß 7 fließt in einer schematischen Darstellung teilweise im Schnitt.
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 2, und zeigt die Anordnung der Elektroden bezogen auf die Züchtachse oder Zugspindel.
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 Vorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform gemäß 7 fließt.
11 zeigt in einer schematischen, vergrößerten Ansicht teilweise im Schnitt den Haltezustand des Kristallkeims 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 vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die anhängenden Figuren beschrieben.
ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM
Wie in den 2 und 3 gezeigt, hat eine Vorrichtung zum Züchten eines Halbleiterkristalls gemäß einer ersten Ausführungsform 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)-Stromversorgung 4, die außerhalb des Ofens 20 vorgesehen ist. In der Kammer 9 sind ein Schmelztiegel 5 und eine Heizvorrichtung 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 beispielsweise Silizium (Si), in dem Schmelztiegel 5 zu erzeugen. Der Schmelztiegel 5 wird dazu verwendet, das Halbleiterrohmaterial und die Schmelze 2 aufzunehmen. 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 Material besteht, angeordnet. Ähnlich wie bei dem gewöhnlichen Czochralski-Verfahren, wie in der 11 gezeigt, wird ein Kristallkeim 24 aus dem gleichen Halbleiter wie ein Halbleiter-Einkristall 1 am unteren Ende der Spindel 6 befestigt. Das obere Ende der Spindel 6 ist durch einen Zugmechanismus 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 Stromversorgung mit einem spezifischen elektrischen Strom ge speist. Somit erzeugt die Einheit 10 ein spezifisches Magnetfeld H in dem Schmelztiegel 5 (das heißt in der Schmelze 2). Das Magnetfeld H ist rechtwinklig zur Oberfläche 2a der Schmelze 2 (das heißt die Grenzfläche zwischen Schmelze 2 und Kristall 1), wie dies in der 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 Zentralachse der Spindel 6) angeordnet sind, wie dies klar in der 3 gezeigt ist. Anders ausgedrückt, die Elektroden 3a und 3b sind axial-symmetrisch zur Achse C und rechtwinklig zur Oberfläche 2a der Schmelze 2 angeordnet. Die unteren Enden der Elektroden 3a und 3b werden während des gesamten Züchtvorganges, wie in der 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 verbinden, wie dies in der 2 gezeigt ist.
Das obere Ende der Elektrode 3a ist elektrisch mit dem positiven 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 Stromversorgung 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 geschaltet.
Die Elektroden 3a und 3b bestehen vorzugsweise aus dem gleichen Halbleitermaterial wie der zu züchtende Einkristall 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 Dotiermitteleinbau in den zu züchtenden Kristall 1 stabil durchgeführt wird.
Bei der Vorrichtung zum Züchten des Halbleiterkristalls gemäß der ersten Ausführungsform, wie in den 1 und 2 gezeigt, wird ein gewünschtes Halbleiterrohmaterial in den Schmelztiegel 5 zugeführt und mit der Heizvorrichtung 8 erhitzt, wodurch die Schmelze 2 des Halbleiters in dem Schmelztiegel 5 erzeugt wird. Ein stabförmiger Einkristall 1 (das heißt ein Rohblock) des Halbleiters wird durch Ziehen des Kristallkeims 24 aus der so erzeugen Schmelze 5 unter Verwendung der Spindel 6 solange gezüchtet, bis der Kristall 1 einen gewünschten Durchmesser und eine gewünschte Länge hat.
Im Anfangsstadium des Züchtvorganges wird zwischen dem Kristallkeim 24 und dem oberen Ende des wachsenden Kristalls 1, wie in der 11 gezeigt, ein Hals 7 (das heißt ein eingeschnürter Teil des Kristalls 1) ausgebildet, um zu verhindern, daß sich Verschiebungen, welche in dem Kristallkeim 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, wodurch 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 I₁ zugeführt wird. Der so zugeführte elektrische Strom I₁ 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 werden in der Schmelze 2 Rotationskräfte, die auf die Zugspindel 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 Ergebnis wird die radiale und axiale Fluktuation der Dotiermittelkonzentration in dem gezüchteten Kristall 1 gleichförmig gemacht.
Der in der 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.
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 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 I₁ und dem Magnetfeld H mit der Lorentz-Kraft beaufschlagt, welche Rotationskräfte erzeugt, die auf die Züchtachse 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 gezüchteten Kristall 1 gut gleichförmig gemacht.
In dem Züchtvorgang wird wenigstens eines von beiden, der elektrische Strom I₁ 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 ersten Ausführungsform der Erfindung und wie vorstehend beschrieben, 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 Enden 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 angelegt, 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 Oberfläche 2a der Schmelze 2 liegt.
Demgemäß fließt während des Züchtvorganges der elektrische Strom I₁ 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 elektrischer 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 Magnetfeld H und dem elektrischen Strom I₁ erzeugt werden, gezüchtet wird. Dadurch wird verhindert, daß der Hals 7 des wachsenden Einkristalls 1 infolge des Eingewichts des Kristalls 1 während des Züchtvorganges bricht.
Als ein Ergebnis kann mit der Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform gemäß den 2 und 3 ein schwerer Halbleiter-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 gleichförmig gehalten werden.
ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM
5 zeigt die Anordnung der Elektroden bezogen auf die Züchtachse C einer Vorrichtung zum Züchten eines Halbleiterkristalls gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Diese Vorrichtung hat die gleiche Konfiguration wie die Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform gemäß den 2 und 3, mit Ausnahme, daß vier Elektroden 13a, 13b, 13c und 13d anstatt der zwei Elektroden 3a und 3b vorgesehen sind, und daß zwei dc-Stromversorgungen 14a und 14b anstatt der dc-Stromversorgung 4 vorgesehen sind. Daher wird die Beschreibung bezüglich der gleichen Konfiguration weggelassen, indem die gleichen Bezugsziffern wie bei der ersten Ausführungsform verwendet worden sind, um die Beschreibung der 5 zu vereinfachen.
Wie aus der 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 ausgedrückt, sind die Elektroden 13a, 13b, 13c und 13d axialsymmetrisch 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 2 gezeigt, in die Schmelze 2 eingetaucht gehalten.
Das obere Ende der Elektrode 13a ist elektrisch mit dem negativen Ausgangsanschluß der dc-Stromversorgung 14a verbunden. Das obere Ende der Elektrode 13b ist mit dem positiven Ausgangsanschluß der Stromversorgung 14a elektrisch verbunden. 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 positiven Ausgangsanschluß der Stromversorgung 14b verbunden.
Die Elektroden 13a und 13b bilden ein erstes Elektrodenpaar. Die Elektrode 13c und 13d bilden ein zweites Elektrodenpaar. Beide Stromversorgungen 14a und 14b sind außerhalb des Ofens 20 angeordnet.
Wie bei der ersten Ausführungsform wird, wenn die Elektroden 13a und 13b mittels der Stromversorgung 14a mit einem spezifischen elektrischen Strom I₁₁ 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 I₁₁ fließt durch die Elektrode 13b in die Schmelze 2 und fließt über den elektrischen Strompfad und die Elektrode 13a aus der Schmelze 2. Der Strom I₁₁ 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 verbinden. Der elektrische Strom I₁₂ fließt durch die Elektrode 13d in die Schmelze 2 und mittels des elektrischen Strompfades und der Elektrode 13c aus der Schmelze. Der Strom I₁₂ interagiert mit dem Magnetfeld H, wodurch die Lorentz-Kraft erzeugt wird, mit welcher die Schmelze 2 beaufschlagt 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 Schmelztiegel 5 bewirken. Infolge der Rotation der Schmelze 2 wird die Schmelze 2 selbst gerührt. Als ein Ergebnis wird die radiale und axiale Fluktuation der Dotiermittelkonzentrationen in dem gezüchteten Kristall 1 gleichförmig gemacht.
6 zeigt schematisch den beobachteten Zustand des Rotationsstroms der in dem Schmelztiegel 5 gehaltenen Schmelze 2 bei der zweiten Ausführungsform. Dies wurde durch den gleichen Test der Erfinder, wie bei der ersten Ausführungsform erläutert, erzielt.
Wie aus der 6 zu ersehen ist, treten die zwei elektrischen Ströme I₁₁ und I₁₂ vertikal durch die Elektroden 13b und 13d in die Schmelze 2 ein und treten durch die Elektrode 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 Interaktion 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 Rotationskräfte 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 gleichförmig gemacht.
Bei der Vorrichtung zum Züchten eines Halbleiterkristalls gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung gemäß 5 fließt wie bei der Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform gemäß den 2 und 3 während des Züchtvorganges kein elektrischer Strom durch den wachsenden Einkristall 1, der den Hals 7 aufweist. Als ein Ergebnis werden die gleichen Vorteile, wie die bei der ersten Ausführungsform, erzielt.
In der Vorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform sind die zwei Stromversorgungen 14a und 14b vorgesehen, um jeweils 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 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 (das heißt den Elektroden 13a, 13b, 13c und 13d).
DRITTE AUSFÜHRUNGSFORM
7 zeigt die Anordnung der Elektrode bezogen auf den Schmelztiegel einer Vorrichtung zum Züchten eines Halbleiterkristalls gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. Diese Vorrichtung hat die gleiche Konfiguration wie die Vorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform von 5, mit Ausnahme, daß die zwei Elektroden 13a und 13c elektrisch zusammengekoppelt sind. Daher wird die Beschreibung bezüglich der gleichen Konfiguration hierbei weggelassen, indem die gleichen Bezugsziffern wie bei der zweiten Ausführungsform verwendet worden sind, um die Beschreibung der 7 zu vereinfachen.
8 zeigt in schematischer Art und Weise den beobachteten 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 ersten Ausführungsform erläutert, erzielt.
Wie aus der 8 zu ersehen ist, wird die Schmelze 2 infolge der Interaktion zwischen den elektrischen Strömen I₁₁ und I₁₂ und dem Magnetfeld H mit der Lorentz-Kraft beaufschlagt, 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 Ausführungsform gezeigt (6), um die Achse C auf, und die Schmelze 2 wird gerührt.
Bei der Vorrichtung zum Züchten des Halbleiterkristalls gemäß der dritten Ausführungsform gemäß 7 fließt während des Züchtvorganges, wie bei den Vorrichtungen gemäß den ersten und zweiten Ausführungsformen, kein elektrischer Strom durch den wachsenden Einkristall 1, der den Hals 7 aufweist. 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 Elektrodenpaar (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
9 zeigt die Anordnung der Elektroden mit Bezug auf den Schmelztiegel einer Vorrichtung zum Züchten von Halbleiterkristallen gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung. Diese Vorrichtung hat die gleiche Konfiguration wie die Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der 2 und 3, mit Ausnahme, daß drei Elektroden 23a, 23b und 23c anstatt der Elektroden 3a und 3b, und zwei dc-Stromversorgungen 24a und 24b anstatt der dc-Stromversorgung 4 vorgesehen sind. Daher wird die Beschreibung bezüglich der gleichen Konfiguration hier weggelassen, indem gleiche Bezugsziffern wie bei der ersten Ausführungsform verwendet worden sind, um die Beschreibung der 9 zu vereinfachen.
Wie aus der 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 Züchtvorganges, wie in der 2 gezeigt, in die Schmelze eingetaucht gehalten.
Das obere Ende der Elektrode 23a ist elektrisch gemeinsam an die negativen Ausgangsanschlüsse der dc-Stromversorgungen 24a und 24b angeschlossen. Das obere Ende der Elektrode 23b ist elektrisch an den positiven Ausgangsanschluß der Stromversorgung 24a angeschlossen. Das obere Ende der Elektrode 23c ist elektrisch an den positiven Ausgangsanschluß der dc-Stromversorgung 24b angeschlossen.
Somit kann gesagt werden, daß die Vorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform gemäß 9 äquivalent der Vorrichtung ist, die durch Weglassen einer der gekoppelten Elektroden 13a und 13b bei der Vorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform gemäß 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 Magnetfeld 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.
10 zeigt in schematischer Weise den beobachteten Zustand des Rotationsstromes, der in dem Schmelztiegel 5 gehaltenen Schmelze 2 bei der vierten Ausführungsform. Dies wurde durch den gleichen Test der Erfinder, wie bei der ersten Ausführungsform erläutert, erzielt.
Wie aus der 10 zu ersehen ist, treten die zwei elektrischen Ströme I₂₁ und I₂ ₂ 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 elektrischen 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 werden. Infolge dieser Rotationskräfte treten die Rotationsströme 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 Dotiermittelkonzentration in dem gezüchteten Kristall 1 gleichförmig gemacht.
Mit der Vorrichtung zum Züchten von Halbleiterkristallen gemäß der vierten Ausführungsform gemäß 9 fließt während 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 ersten 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 Stromversorgung 24a oder 24b die Ströme I₂₁ und I₂₂.
BEISPIELE
Um die Vorteile der Erfindung zu bewerten und zu bestätigen, 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 Dotiermittelkonzentration 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 Silizium-Einkristall unter Verwendung der Vorrichtung zum Züchten 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 beabsichtigtem Dotiermittel mit einem Durchmesser von 20 cm gezüchtet. Jede der Elektroden zum Zuführen des elektrischen Stroms war aus einem Silizium-Einkristall mit einem Durchmesser von 0,7 cm gebildet. Diese Elektroden waren axialsymmetrisch 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 3 gezeigt, angeordnet. Das beaufschlagte Magnetfeld H war auf 0,03T, 0,05T, 0,1T oder 0,3T festgelegt, während der elektrische Strom gemäß der Länge des wachsenden Siliziumkristalls 1 geändert wurde. Das Ergebnis 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 Sauerstoffkonzentration 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 Konzentration, multipliziert mit 100 für das Ergebnis in %, berechnet. Die axiale Fluktuation (%) von Sauerstoff oder Bor wurde durch die Differenz zwischen Mindestkonzentration und Maximalkonzentration, bezogen auf die mittlere Konzentration, multipliziert mit 100 für das Ergebnis in %, berechnet.
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 5 gezeigt, angeordnet. Das angelegte Magnetfeld H war auf 0,03T, 0,05T, 0,1T oder 0,3T festgelegt, während die elektrischen Ströme I₁₁ und I₁₂ gemäß der Länge des wachsenden Silizium-Einkristalls 1 geändert 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 3 gezeigt, angeordnet. Der elektri sche Strom I₁ war auf 4A, 8A, 12A oder 16A festgelegt, während die Intensität des Magnetfeldes H gemäß der Länge des wachsenden Silizium-Einkristalls 1 geändert wurde. Das Ergebnis 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 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 Durchmesser 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-Einkristall 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 Schmelztiegel 5 erzeugt, der aus gesintertem Siliziumoxid bestand, und dann wurde ein Silizium-Einkristall mit einem Durchmesser von 30 cm und mit Bor (B) als beabsichtigtem Dotiermittel dotiert, gezüchtet. Jede der Elektroden zum Zuführen des elektrischen Stromes bestand aus einem zylindrischen Silizium-Einkristall mit einem Durchmesser von 1 cm, dotiert mit Bor. Diese Elektroden waren axial-symmetrisch zur Züchtachse C dergestalt angeordnet, daß die unteren Enden der Elektroden in die Siliziumschmelze 2 in dem Schmelztiegel 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 3 gezeigt, angeordnet. Die Intensität des angelegten Magnetfeldes H war auf 0,03T, 0,05T, 0,1T oder 0,3T festgelegt, während der Strom I₁ gemäß der Länge des wachsenden Siliziumkristalls 1 geändert wurde. Das Ergebnis ist in den folgenden Tabellen 5A und 5B gezeigt.
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 5 gezeigt, angeordnet. Die Intensität des angelegten Magnetfeldes H war mit 0,03T, 0,05T, 0,1T oder 0,3T festgelegt, während die elektrischen Ströme I₁₁ und I₁₂ gemäß der Länge des wachsenden Siliziumkristalls 1 geändert wurden. Das Ergebnis ist in den folgenden 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 3 gezeigt, angeordnet. Der elektrische 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 Ergebnis 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 7 gezeigt, angeordnet. Die elektrischen Ströme I₁₁ und I₁₂ waren auf 8A, 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 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 Sauerstoffes 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 gezüchtet.
Als erstes wurden 400 kg Siliziumschmelze in dem Schmelztiegel 5, der aus gesintertem Siliziumoxid bestand, hergestellt, 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 Elektroden in die Siliziumschmelze im Schmelztiegel 5 eingetaucht waren. Die Elektroden waren innerhalb des Schmelztiegels 5 mit einem Abstand von 30 cm zur Innenwand angeordnet.
(Beispiele 33 bis 35)
Bei den Beispielen 33 bis 35 waren die vier Elektroden 13a, 13b, 13c und 13d, wie in der 5 gezeigt, angeordnet. Die Intensität des angelegten Magnetfeldes H war mit 0,3T, 0,5T oder 0,7T festgelegt, während die elektrischen Ströme I₁₁ und I₁₂ gemäß der Länge des wachsenden Siliziumkristalls 1 geändert wurden. Das Ergebnis ist in den folgenden Tabellen 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 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 Sauerstoffkonzentrationen 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 Verwendung 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 gesintertem Siliziumoxid bestand, hergestellt, und dann wurde ein Silizium-Einkristall, der mit Bor als beabsichtigtem Dotiermittel dotiert war, gezüchtet. Die Rotationsgeschwindigkeit 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 gesintertem Siliziumoxid bestand, hergestellt, und dann wurde ein Silizium-Einkristall, der mit Bor als beabsichtigtem Dotiermittel dotiert war, gezüchtet. Die Rotationsgeschwindigkeit des Schmelztiegels war im Bereich von 1 U/min bis 20 U/min eingestellt.
Das Ergebnis ist in den folgenden Tabellen 11A und 11B gezeigt.
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 Durchmesser, 150 cm Länge und 110 kg Gewicht, und einen Silizium-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 jedoch 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 Kristallzüchtvorrichtung gemäß dem Stand der Technik, wie in der 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 Schmelztiegel 105 eingetaucht waren. Die Elektroden 103 waren innerhalb des Schmelztiegels 105 mit einem Abstand von 10 cm zur Innenwand angeordnet.
Die Intensität des angelegten Magnetfeldes H war mit 0,03T, 0,05T, 0,1T oder 0,3T festgelegt, während der elektrische Strom gemäß der Länge des wachsenden Siliziumkristalls 101 geändert wurde.
Das Ergebnis ist in den folgenden Tabellen 12A und 12B gezeigt.
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 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 axialsymmetrisch 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 Abstand von 30 cm zur Innenwand angeordnet.
Die Intensität des angelegten Magnetfeldes H war mit 0,3T, 0,5T oder 0,7T festgelegt, während der elektrische Strom gemäß der Länge des wachsenden Siliziumkristalls 101 geändert wurde.
Das Ergebnis ist in den folgenden Tabellen 13A und 13B gezeigt.
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 1 gezeigten Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik es nicht möglich war, einen Silizium-Einkristall mit 100 kg oder einem höheren Gewicht zu züchten.
VARIATIONEN
Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen und Beispiele insoweit erläutert worden sind, ist es unnötig zu sagen, daß die Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen und Beispiele begrenzt ist, und daß jegliche Variation dabei anzuwenden ist.
Beispielsweise kann, falls notwendig, die Anzahl und Anordnung der Elektroden zum Zuführen des elektrischen Stromes zur Halbleiterschmelze wahlweise geändert werden. Das angelegte Magnetfeld, der zugeführte elektrische Strom und deren Änderungsraten während dem Züchtvorgang können ebenfalls wahlweise, falls notwendig, geändert werden.
In den vorstehend beschriebenen Beispielen ist entweder die Magnetfeldintensität oder der elektrische Strom eingestellt; 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 Erfindung ist daher allein durch die folgenden Patentansprüche bestimmt.

Claims

Vorrichtung zum Züchten eines Halbleiter-Einkristalls nach dem Czochralski-Verfahrens, mit: (a) einem Schmelztiegel zum Halten einer Halbleiterschmelze; (b) einer Heizvorrichtung zum Heizen des Schmelztiegels; (c) einem Zugmechanismus zum Hochziehen eines Halbleiter-Einkristalls aus der Schmelze, die in dem Schmelztiegel gehalten ist, unter Verwendung eines Kristallkeims; (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 elektrisch mit dem ersten Anschluß der ersten Stromversorgung 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 elektrisch mit dem zweiten Anschluß der ersten Stromversorgung verbunden ist; das zweite Ende der zweiten Elektrode so gestaltet ist, daß es die in dem Schmelztiegel gehaltene Schmelze kontaktiert; (g) einem Magnetfeldgenerator zum Erzeugen eines Magnetfeldes in der im Schmelztiegel gehaltenen Schmelze; wobei bei einem Züchtvorgang mittels der ersten Stromversorgung eine spezifische Spannung an die ersten Enden der ersten und zweiten Elektrode angelegt wird, wodurch ein elektrischer Strompfad gebildet wird, der die zweiten Enden der ersten und zweiten Elektrode in der im Schmelztiegel gehaltenen Schmelze verbindet; und wobei während des Züchtvorganges mit dem Magnetfeldgenerator ein Magnetfeld erzeugt wird, das den elektrischen Strompfad in der im Schmelztiegel gehaltenen Schmelze schneidet; und wobei der Einkristall so gezüchtet wird, daß zwischen dem Kristallkeim und einem Kopfende des Einkristalls ein Hals gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die zweiten Enden der ersten und zweiten Elektrode so gestaltet sind, daß sie die Oberfläche der in dem Schmelztiegel gehaltenen Schmelze kontaktieren; und wobei das durch den Magnetfeldgenerator erzeugte Magnetfeld rechtwinklig zur Oberfläche der Schmelze ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste und zweite Elektrode axialsymmetrisch zu einer Züchtachse des Einlistalls angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste und zweite Elektrode aus dem gleichen Material wie der Halbleiter-Einkristall bestehen.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die erste und zweite Elektrode mit dem gleichen Dotiermittel wie der Halbleiter-Einkristall dotiert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Magnetfeld, welches mit dem Magnetfeldgenerator erzeugt wird, axial-symmetrisch zu einer Züchtachse des Einkristalls liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin mit: (h) einer zweiten Stromversorgung mit einem ersten Anschluß und einem zweiten Anschluß; (i) einer dritten Elektrode mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende; wobei das erste Ende der dritten Elektrode elektrisch mit dem ersten Anschluß der zweiten Stromversorgung verbunden ist; das zweite Ende der dritten Elektrode so gestaltet ist, daß es die in dem Schmelztiegel gehaltene Schmelze kontaktiert; und (j) einer vierten Elektrode mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende; wobei das erste Ende der vierten Elektrode elektrisch mit dem zweiten Anschluß der zweiten Stromversorgung verbunden ist; das zweite Ende der vierten Elektrode so gestaltet ist, daß es die in dem Schmelztiegel gehaltene Schmelze kontaktiert.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die zweiten Enden der ersten, zweiten, dritten und vierten Elektrode so gestaltet sind, daß sie die Oberfläche der in dem Schmelztiegel gehaltenen Schmelze kontaktieren; und wobei das durch den Magnetfeldgenerator erzeugte Magnetfeld rechtwinklig zur Oberfläche der Schmelze ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die erste, zweite, dritte und vierte Elektrode axial-symmetrisch zur Züchtachse der Vorrichtung angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die erste, zweite, dritte und vierte Elektrode aus dem gleichen Material wie der Halbleiter-Einkristall bestehen.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die erste, zweite, dritte und vierte Elektrode mit dem gleichen Dotiermittel wie der Halbleiter-Einkristall dotiert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei das durch den Magnetfeldgenerator erzeugte Magnetfeld axial-symmetrisch zur Züchtachse des Einkristalls ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin mit: (h) 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 Stromversorgung verbunden ist; und das zweite Ende der zusätzlichen Elektrode so gestaltet ist, daß es die in dem Schmelztiegel gehaltene Schmelze kontaktiert.
Vorrichtung nach Anspruch 1 weiterhin mit: wenigstens einer zusätzlichen Elektrode mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende; wobei das erste Ende der zusätzlichen Elektrode elektrisch mit einem ersten Anschluß einer zweiten Stromversorgung (24B) verbunden ist; und das zweite Ende der zusätzlichen Elektrode so gestaltet ist, daß es die in dem Schmelztiegel gehaltene Schmelze kontaktiert; wobei ein zweiter Anschluß der zweiten Stromversorgung mit dem ersten Anschluß der ersten Stromversorgung verbunden ist.
Verfahren zum Züchten eines Halbleiter-Einkristalls nach dem 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 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 mit dem ersten Anschluß der Stromversorgung verbunden ist und das zweite Ende der ersten Elektrode die in dem Schmelztiegel 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 Anschluß 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 Enden 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 Schmelztiegel gehaltenen Schmelze entlang einer spezifischen Züchtachse, wodurch ein Halbleiter-Ein-kristall aus der Schmelze gezüchtet wird, wobei zwischen dem Kristallkeim und einem Kopfende des wachsenden Einkristalls ein Hals ausgebildet ist; wobei während des gesamten Züchtvorganges des Einkristalls an den Einkristall kein elektrischer Strom angelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei wenigstens ein elektrischer Strom durch den elektrischen Strompfad fließt, der in der Schmelze gebildet ist, und das in der Schmelze erzeugte Magnetfeld so senkrecht zur Oberfläche der Schmelze eingestellt ist, daß die Dotiermittelkonzentration in dem Einkristall während des Zuchtvorganges des Einkristalls gleichförmig wird.
Verfahren nach Anspruch 15, 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.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die ersten und zweiten Elektroden axialsymmetrisch zu einer Züchtachse des Einkristalls angeordnet werden.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die ersten und zweiten Elektroden aus dem gleichen Material wie der Halbleiter-Einkristall bestehen.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei die ersten und zweiten Elektroden mit dem gleichen Dotiermittel wie der Halbleiter-Einkristall dotiert sind.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das durch den Magnetfeldgenerator erzeugte Magnetfeld axial-symmetrisch zu einer Züchtachse des Einkristalls verläuft.
Verfahren nach Anspruch 15, weiterhin mit den Schritten: (h) Vorsehen einer zweiten Stromversorgung mit einem ersten Anschluß und einem zweiten Anschluß; (i) Vorsehen einer dritten Elektrode mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende; wobei das erste Ende der dritten Elektrode elektrisch an den ersten Anschluß der zweiten Stromversorgung angeschlossen ist; das zweite Ende der dritten Elektrode so gestaltet ist, daß es die in dem Schmelztiegel gehaltene Schmelze kontaktiert; und (j) Vorsehen einer vierten Elektrode mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende; wobei das erste Ende der vierten Elektrode elektrisch mit dem zweiten Anschluß der zweiten Stromversorgung verbunden ist; das zweite Ende der vierten Eleltrode so gestaltet ist, daß es die in dem Schmelztiegel gehaltene Schmelze kontaktiert.
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.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei die ersten, zweiten, dritten und vierten Elektroden axial-symmetrisch zu einer Züchtachse der Vorrichtung angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei die ersten, zweiten, dritten und vierten Elektroden aus dem gleichen Material wie der Halbleiter-Einkristall bestehen.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei die ersten, zweiten, dritten und vierten Elektroden mit dem gleichen Dotiermittel wie der Halbleiter-Einkristall dotiert sind.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei das durch den Magnetfeldgenerator erzeugte Magnetfeld axial-symmetrisch zur Züchtachse des Einkristalls ist.
Verfahren nach Anspruch 15, weiterhin mit den Schritten: (h) 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 Stromversorgung verbunden ist; und das zweite Ende der zusätzlichen Elektrode so gestaltet ist, daß es die in dem Schmelztiegel gehaltene Schmelze kontaktiert.
Verfahren nach Anspruch 15 weiterhin mit den Schritten: (h) Vorsehen von wenigstens einer zusätzlichen Elektrode mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende; wobei das erste Ende der zusätzlichen Elektrode elektrisch mit einem ersten Anschluß einer zweiten Stromversorgung verbunden ist; und das zweite Ende der zusätzlichen Elektrode so gestaltet ist, daß es die in dem Schmelztiegel gehaltene Schmelze kontaktiert; wobei ein zweiter Anschluß der zweiten Stromversorgung mit dem ersten Anschluß der ersten Stromversorgung verbunden ist.