DE68903008T2

DE68903008T2 - Verfahren zur ziehung eines halbleiter-kristalls.

Info

Publication number: DE68903008T2
Application number: DE8989103115T
Authority: DE
Inventors: Masakatu C O Patent Div Kojima; Youji C O Patent Div Yamashita
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-02-25
Filing date: 1989-02-22
Publication date: 1993-04-22
Anticipated expiration: 2009-02-23
Also published as: JPH01215789A; EP0330189B1; EP0330189A2; KR920009564B1; JPH085740B2; DE68903008D1; US5073229A; EP0330189A3; KR890012893A

Description

Diese Erfindung betrifft ein Kristallziehverfahren zum Züchten eines Halbleiterkristalls unter Verwendung eines als Integral(typ)-Doppelziehtiegel bezeichneten (Zieh-)- Tiegels, insbesondere ein Regelverfahren für gleichmäßigen spezifischen Widerstand zur Anwendung in dem Fall, in welchem zwei Arten von Dotierstoffen oder zwei Schmelzen unterschiedlicher Dotierstoffkonzentration verwendet werden.
Wenn ein stabförmiger Halbleitereinkristall aus der Schmelze im Ziehtiegel nach der Czochralski-Technik (CZ- Technik) gezüchtet wird, läßt sich die Fremdatomkonzentrationsverteilung C in der Längsrichtung des gezüchteten Einkristalls wie folgt ausdrücken:
C = kCo (1-G) k-1
Darin bedeuten: k = Verteilungskoeffizient des Dotierstoffs; Co = anfängliche Fremdatomkonzentration der Schmelze; und G = Erstarrungsverhältnis. Die (das) Fremdatomkonzentrationsverteilung oder -profil in der Längsrichtung variiert daher beträchtlich, wenn k klein ist, wodurch das Ausbringen des Einkristalls eines gewünschten vorgegebenen spezifischen Widerstandsbereichs herabgesetzt wird.
Zur Lösung dieses Problems ist ein Schwebezonen(typ)-Doppeltiegelverfahren, bei dem der Oberflächenspiegel der Schmelze im inneren Tiegel auf einer konstanten Höhe gehalten wird, für das Züchten von Einkristallen aus Germanium und Silizium vorgeschlagen und angewandt worden (vgl. J. Applied Physics, Vol. 9, Nr. 8, '58, JP-Patentveröffentlichung 60-18634).
Das Doppel(zieh)tiegelverfahren ist nachstehend anhand von Fig. 9 erläutert. Gemäß Fig. 9 ist ein innerer Tiegel oder Innentiegel 2 als Schwebezonentiegel im Inneren eines Außentiegels 1 angeordnet; im Bodenabschnitt des Innentiegels 2 ist eine kleine Bohrung 3 ausgebildet. Wenn ein Kristall 6 aus einer im Innentiegel 2 befindlichen Schmelze 4 gezogen wird, wird beispielsweise das Gleichgewicht zwischen Auftrieb und Schwerkraft des Innentiegels genutzt, oder der Außentiegel wird relativ zum festgelegten Innentiegel so angehoben, daß Schmelze 5 aus dem Außentiegel in den Innentiegel zugespeist werden kann; auf diese Weise wird die Höhe h des Oberflächenspiegels der Schmelze im Innentiegel auf einem konstanten Niveau gehalten.
Es sei angenommen, daß die Fremdatomkonzentration der Schmelze 5 im Außentiegel gleich Co und die Fremdatomkonzentration der Schmelze 4 im Innentiegel gleich Co/k ist (k = ein Verteilungskoeffizient). Dabei wird die Konzentration des Fremdatoms, das in den gezogenen Kristall 6 aufgenommen wird, im Ziehvorgang, bei dem der Oberflächenspiegel h der Schmelze konstantgehalten wird, zu Co. Auf diese Weise werden stets die gleichen Mengen an Schmelze (reines Silizium oder Germanium) und an Fremdatom, wie sie für das Züchten des Kristalls benutzt werden, aus der Schmelze 5 im Außentiegel der Schmelze 4 im Innentiegel zugeführt. Als Ergebnis wird die Fremdatomkonzentration der Schmelze 4 im Innentiegel auf Co/k gehalten; daher kann auch die Fremdatomkonzentration des gezogenen Kristalls 6 auf einer konstanten Größe Co gehalten werden.
Im Ziehvorgang wird jedoch die Schmelze verbraucht. Nachdem der Bodenabschnitt des Innentiegels 2 den Innenbodenabschnitt des Außentiegels 1 erreicht hat, kann der Schmelzenoberflächenspiegel im Innentiegel nicht konstantgehalten werden, und die Fremdatomkonzentration des Kristalls 6 ändert (erhöht) sich mit ansteigendem Erstarrungsverhältnis. Dies bedeutet, daß die Fremdatomkonzentration nur innerhalb des folgenden Bereichs des Erstarrungsverhältnisses X konstantgehalten werden oder konstant bleiben kann:
O ≤ X ≤ 1-(h/H) ...(1)
Darin bedeuten: H = anfänglicher Oberflächenspiegel der Schmelze im Außentiegel, und h = Oberflächenspiegel der Schmelze im Innentiegel, der während des Ziehvorgangs konstantgehalten werden soll. In einem Fall, in welchem das Schwebezonen-Doppeltiegelverfahren unter Verwendung eines Fremdatoms, das als Donator oder Akzeptor wirkt, zum Züchten eines Kristalls eines konstanten spezifischen Widerstands in der Längsrichtung durchgeführt wird, kann daher der spezifische Widerstand nur dann konstantgehalten werden, wenn das Erstarrungsverhältnis weniger als 0,6 - 0,7 beträgt. Wenn das Erstarrungsverhältnis größer wird, variiert der spezifische Widerstand beträchtlich.
Ferner hat es sich gezeigt, daß der konstante spezifische Widerstand auch in dem durch Gleichung (1) ausgedrückten Bereich des Erstarrungsverhältnisses nicht erzielt werden kann, wenn das Schwebezonen-Doppel(zieh)tiegelverfahren mit dem Ziel des Züchtens eines Kristalls, der einen konstanten und hohen Widerstand(swert) in seiner Längsrichtung aufweist, durchgeführt wurde. Dieses Problem tritt beispielsweise dann auf, wenn die niedrige Donator-(Phosphor P-)Konzentration angewandt wird, um einen hochohmigen N-Typ-Silizium-Einkristall mit einem spezifischen Widerstand von mehr als 20 Ω cm zu züchten; die Donatorkonzentration ist daher bezüglich der Akzeptorkonzentration von Bor (B), Aluminium (Al) oder dergleichen, die aus dem Quarztiegel ausfließen, nicht ausreichend hoch. In diesem Fall steigt gemäß Fig. 10 der tatsächliche oder Ist-Wert des spezifischen Widerstands (mit der Markierung bezeichnet) mit einer Erhöhung des Erstarrungsverhältnisses allmählich an, und der spezifische Widerstandswert des Kristalls kann nicht mittels nur der Konzentration (mit der Markierung o bezeichnet) des dotierenden Donatorfremdatoms (P) bestimmt werden.
Die Erfinder dieser Erfindung haben eine Ziehvorrichtung mit einem Integral-Doppelziehtiegel vorgeschlagen (JP-Patentanmeldung 61-221896). Die Ziehvorrichtung ist in Fig. 1 dargestellt. In Fig. 1 sind mit 11 ein Außentiegel und mit 14 eine materialeinheitlich mit dem Außentiegel 11 und koaxial zu ihm ausgebildete zylindrische Trennwand bezeichnet. Der Innenraum des Außentiegels 11 ist durch die Trennwand 14 in eine Innenkammer 20 und eine Außenkammer 21 unterteilt. Innenkammer 20 und Außenkammer 21 sind über eine kleine Bohrung 15 und ein enges, röhrenförmiges Verbindungsrohr 16, das mit der kleinen Bohrung 15 versehen ist, miteinander verbunden. Bei dieser Konstruktion wird die in der Außenkammer 21 enthaltene Schmelze ML2 der Innenkammer 20 zugespeist, während ein Einkristall 17 aus der in der Innenkammer befindlichen Schmelze gezogen wird.
Das Fremdatom (der Dotierstoff) der in der Innenkammer enthaltenen Schmelze ML1 wird nicht nur während des Ziehvorgangs, sondern auch dann, wenn keine Schmelze aus der Außenkammer 21 in die Innenkammer 20 überführt wird, durch die vorgegebene Länge L des Verbindungsrohrs 16 an einem Herausfließen in die Außenkammer gehindert. Die Länge L ist auf mehr als das Vierfache des Innendurchmessers a des Rohrs 16 festgelegt. Diesbezüglich unterscheidet sich der Integral-Doppelziehtiegel vom Schwebezonen-Doppelziehtiegel, der nur eine Bohrung 15 aufweist.
Eines der vorgeschlagenen Kristallziehverfahren unter Verwendung des Integral-Doppelziehtiegels soll das Problem lösen, daß die Fremdatomkonzentration in der Längsrichtung des nach dem Schwebezonen-Doppeltiegelverfahren geformten Kristalls durch das Erstarrungsverhältnis nach Gleichung (1) begrenzt oder eingeschränkt ist. In diesem Fall wird eine dotierte Metallschmelze ML1 (Fremdatomkonzentration Ci) von der Innenkammer 20 des Integral-Doppeltiegels, eine undotierte Materialschmelze ML2 von der Außenkammer 21 aufgenommen. Ferner ist das Verhältnis r/R des Radius r der Innenkammer 20 zum Radius R der Außenkammer 21 gleich der Quadratwurzel k des Verteilungskoeffizienten k des dotierenden Fremdatoms eingestellt, und ein Kristall 17 einer Fremdatomkonzentration kCi wird mit πR²ΔH (mit ΔH = Abnahme des Oberflächenspiegels der Schmelze ML1) aus der in der Innenkammer befindlichen Schmelze ML1 gezogen. Sodann wird die Fremdatommenge πR² ΔH x kCi in einem Bereich des Kristalls 17, der während der Oberflächenspiegelabnahme um ΔH gezüchtet worden ist, gleich der Fremdatommenge πr²ΔH x Ci innerhalb eines Bereichs der Schmelze ML1 mit der Breite ΔH, so daß die Fremdatomkonzentration der Schmelze ML1 in der Innenkammer während des Ziehvorgangs auf einer konstanten Größe Ci gehalten wird. Infolgedessen kann die Fremdatomkonzentration in der Längsrichtung des Kristalls 17 auf einer konstanten Größe kCi gehalten werden.
Fig. 11 veranschaulicht die Beziehung zwischen dem spezifischen Widerstand (Ordinate) und dem Erstarrungsverhältnis (Abszisse) eines Einkristalls, der nach dem Integral- Doppeltiegelverfahren in einem Zustand bzw. unter einer Bedingung von r/R = k gezogen wurde, im Vergleich zu den nach der CZ-Technik und nach dem Schwebezonen-Doppeltiegelverfahren gewonnenen Kristallen. Wie aus Fig. 11 hervorgeht, kann im Falle, daß der einen konstanten spezifischen Widerstand aufweisende Kristall nach dem vorgeschlagenen Integral-Doppeltiegelverfahren (JP-Patentanmeldung 61-221896) geformt oder erzeugt wird, das Problem, daß das Erstarrungsverhältnis beim Schwebezonen-Doppeltiegelverfahren gemäß Gleichung (1) begrenzt ist, gelöst werden.
Auch beim Integral-Doppeltiegelziehverfahren fließt jedoch elektrisch leitendes Fremdatom (Dotierstoff) (B, Al oder dergleichen) aus dem Tiegel selbst aus, und dies kann einen ungewollten Einfluß hervorrufen, wodurch es schwierig wird, einen Kristall eines hohen und konstanten spezifischen Widerstands zu erzielen. Falls beispielsweise zwei Arten von Dotierstoffen oder zwei Schmelzen verschiedener Dotierstoffkonzentration verwendet werden, bleibt immer noch ein Problem bestehen.
Eine Aufgabe dieser Erfindung ist die Schaffung eines neuartigen Kristallziehverfahrens, bei dem ein Ausbringen von 100 % bezüglich des spezifischen Widerstands eines Kristalls erzielbar ist.
Insbesondere besteht eine Aufgabe dieser Erfindung in der Schaffung eines Kristallziehverfahrens, bei dem der spezifische Widerstand in der Längsrichtung des Kristalls gesteuert werden kann, wenn 1. elektrisch leitfähiges Fremdatom (Dotierstoff) des entgegengesetzten oder gleichen Leitungstyps unbeabsichtigt in die Schmelze eingeführt wird, wenn 2. zwei Arten elektrisch leitfähiger Fremdatome entgegengesetzter Leitungstypen absichtlich in die Schmelze eingeführt werden, oder wenn 3. Schmelzbereiche bzw. -zonen zweier verschiedener Fremdatomkonzentrationspegel des gleichen Leitungstyps absichtlich bzw. gewollt gebildet werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist deren Gegenstand ein Verfahren zum Ziehen eines Kristalls in folgenden Schritten:
koaxiales Anordnen einer Trennwand 14 in einem Halbleiterkristall-Ziehtiegel zwecks Unterteilung desselben in eine Innenkammer 20 und eine Außenkammer 21,
Einbringen einer ersten dotierten Materialschmelze ML1 in die Innenkammer 20 und einer zweiten Materialschmelze ML2 in die Außenkammer 21 und
Ziehen eines Kristalls aus der in der Innenkammer 20 befindlichen ersten Materialschmelze ML1, während die in der Außenkammer 21 befindliche zweite Materialschmelze ML2 zur Innenkammer 20 über Verbindungsmittel 15, 16 zum Verbinden der Innenkammer 20 und der Außenkammer 21 miteinander und zum Unterdrücken eines Ausfließens von Fremdatom (Dotierstoff) aus der Innenkammer 20 zur Außenkammer 21 zugeführt wird,
das dadurch gekennzeichnet ist, daß die in der Außenkammer 21 befindliche zweite Materialschmelze ML2 eine undotierte Schmelze ist und
die Bedingung
vorgegeben wird zur Erhöhung der Dotierfremdatomkonzentration in Längsrichtung des Kristalls zwecks Kompensierens des Einflusses des aus dem Tiegel ausgeströmten und mit der Schmelze vermischten Fremdatoms des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps, oder
die Bedingung
vorgegeben wird zur Herabsetzung der Dotierfremdatomkonzentration in der Längsrichtung des Kristalls zwecks Aufhebung des Einflusses des aus dem Tiegel ausgeströmten und mit der Schmelze vermischten Fremdatoms des gleichen Leitfähigkeitstyps, um damit den spezifischen Widerstand des gezogenen Kristalls in dessen Längsrichtung zu steuern, wobei bedeuten: k = Verteilungskoeffizient des Dotierfremdatoms in der ersten Materialschmelze ML1, Si = Oberfläche der Oberseite der in der Innenkammer 20 befindlichen Schmelze und So = Oberfläche der Oberseite der in der Außenkammer 21 befindlichen Schmelze.
Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist deren Gegenstand ein Verfahren zum Ziehen eines Kristalls in folgenden Schritten:
koaxiales Anordnen einer rohrförmigen Trennwand 14 in einem zylindrischen Halbleiterkristall-Ziehtiegel 11 zwecks Unterteilung desselben in eine Innenkammer 20 und eine Außenkammer 21, wobei der Durchmesser 2r der rohrförmigen Trennwand 14 kleiner ist als der Durchmesser 2R des Tiegels 11,
Einbringen einer ersten dotierten Materialschmelze ML1 in die Innenkammer 20 und einer zweiten Materialschmelze ML2 in die Außenkammer 21 und
Ziehen eines Kristalls aus der in der Innenkammer 20 befindlichen ersten Materialschmelze ML1, während die in der Außenkammer 21 befindliche zweite Materialschmelze ML2 zur Innenkammer 20 über Verbindungsmittel 15, 16 zum Verbinden der Innenkammer 20 und der Außenkammer 21 miteinander und zum Unterdrücken eines Ausfließens von Fremdatom (Dotierstoff) aus der Innenkammer 20 zur Außenkammer 21 zugeführt wird,
das dadurch gekennzeichnet ist, daß die in der Außenkammer 21 befindliche zweite Materialschmelze ML2 eine undotierte Schmelze ist und die Bedingung (r/R) > k vorgegeben wird zur Erhöhung der Dotierfremdatomkonzentration in der Längsrichtung des Kristalls zwecks Kompensierens des Einflusses des aus dem Tiegel ausgeströmten und mit der Schmelze vermischten Fremdatoms des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps, oder die Bedingung (r/R) < k vorgegeben wird zur Herabsetzung der Dotierfremdatomkonzentration in Längsrichtung des Kristalls zwecks Aufhebung des Einflusses des aus dem Tiegel ausgeströmten und mit der Schmelze vermischten Fremdatoms des gleichen Leitfähigkeitstyps, um damit den spezifischen Widerstand des gezogenen Kristalls in Längsrichtung desselben zu steuern, wobei bedeuten:
k = Verteilungskoeffizient des Dotierfremdatoms in der ersten Materialschmelze ML1, r = halber Innendurchmesser der Innenkammer 20 und R = halber Innendurchmesser der Außenkammer 21.
Das Kristallziehverfahren gemäß dieser Erfindung zum Kompensieren einer Änderung der Charakteristik oder Eigenschaft des gezogenen Kristalls aufgrund einer unbeabsichtigten Einführung eines elektrisch leitfähigen Fremdatoms wird unter Verwendung eines Integral-Doppel(zieh)tiegels durchgeführt. Dieser Ziehtiegel ist durch eine konzentrische oder koaxiale zylindrische Trennwand 14 in eine Innenkammer 20 und eine Außenkammer 21 unterteilt. In diesem Fall wird eine erste dotierte Materialschmelze ML1 von der Innenkammer 20, eine zweite undotierte Materialschmelze ML2 von der Außenkammer aufgenommen.
Es sei angenommen, daß der Verteilungskoeffizient des dotierenden Fremdatoms (Dotierstoffs) mit k, der Innendurchmesser der Innenkammer 20 mit 2r und der Innendurchmesser der Außenkammer 21 mit 2R gegeben sind. In diesem Fall wird (r/R) größer als k eingestellt, um die Konzentration des dotierenden Fremdatoms in der Längsrichtung des Kristalls zu erhöhen und damit den Einfluß des unbeabsichtigt in den Kristall 17 eingeführten Fremdatoms des entgegengesetzten Leitungstyps zu kompensieren. Anderenfalls wird (r/R) kleiner als k eingestellt, um die Konzentration des dotierenden Fremdatoms in der Längsrichtung des Kristalls zu verringern und damit den Einfluß des unbeabsichtigt in den Kristall 17 eingeführten Fremdatoms des gleichen Leitungstyps zu kompensieren.
Beispielsweise kann der Einfluß der Änderung des spezifischen Widerstands in der Längsrichtung des Kristalls durch das unbeabsichtigt in den N-Typ-Kristall eingeführten P-Typ- oder N-Typ-Fremdatoms dadurch kompensiert werden, daß die Konzentration des dotierenden N-Typ-Fremdatoms in der Längsrichtung des Kristalls gewollt geändert wird. Auf diese Weise kann der spezifische Widerstand in der Längsrichtung des gezogenen Kristalls gesteuert bzw. kontrolliert werden.
Beispielsweise sei angenommen, daß der spezifische Widerstand von mehr als 20 Ω cm in der Längsrichtung des mit Phosphor (P) dotierten, einen hohen Widerstand besitzenden N-Typ-Siliziumeinkristalls gesteuert wird, der aus einem Quarz-Ziehtiegel gezogen wird, wobei ein Akzeptor, wie B oder Al, aus dem Quarz-Ziehtiegel herausfließt, und der Verteilungskoeffizient k auf 0,35 eingestellt ist und daher k = 0,59 gilt. In diesem Fall ist oder wird das Verhältnis von (r/R) so eingestellt, daß die Bedingungen von 0,85 > (r/R) > 0,59 erfüllt ist. Die Wahl bzw. Einstellung des spezifischen Widerstands im obigen Bereich kann dadurch erfolgen, daß im voraus die aus dem Ziehtiegel ausfließende Akzeptormenge festgestellt wird.
Im allgemeinen ist das Verhältnis r/R als Verhältnis
wenn die Oberseitenfläche der Schmelze in der Innenkammer 20 gleich Si und die Oberseitenfläche der Schmelze in der Außenkammer 21 gleich So ist, zu verstehen. Dies bedeutet, daß der oben angegebene Bereich unter Heranziehung von
anstelle von r/R bestimmt wird, wenn der Ziehtiegel und die Trennwand nicht zylindrisch sind. Dieser Bereich muß so eingestellt oder gewählt werden, daß er beispielsweise der Bedingung
genügt.
Bei einem anderen Kristallziehverfahren nach dieser Erfindung werden zwei Arten leitfähiger Fremdatome (Dotierstoffe) entgegengesetzter Leitungstypen gewollt eingeführt. Bei diesem Verfahren wird die erste dotierte Metallschmelze ML1 von der Innenkammer 20 des Integral-Doppelziehtiegels aufgenommen, während ein leitfähiges Fremdatom eines Leitungstyps (P), welcher dem Leitungstyp (N) des dotierenden Fremdatoms der Schmelze ML1 entgegengesetzt ist, in die in der Außenkammer 21 befindliche zweite Materialschmelze ML2 eingeführt wird. Die Dotierungs- Fremdatomkonzentration der Schmelze ML1, die während des Ziehvorgangs hoch wird, wird durch Einführung der Schmelze ML2 in die Innenkammer reduziert und kompensiert. Auf diese Weise kann die Änderung des spezifischen Widerstands in der Längsrichtung des gezogenen Kristalls gesteuert werden.
Im folgenden sei angenommen, daß der Radius des äußeren Ziehtiegels gleich R und der Radius der Trennwand 14 gleich r sind. In diesem Fall ergeben sich die Oberfläche Si der Innenkammer 20 zu πr², die Oberfläche So der Außenkammer 21 zu π(R²-r²) und die Gesamtoberfläche (Si+So) des Ziehtiegels 11 zu πR².
Wenn der Verteilungskoeffizient x beträgt, kann die Konzentration CAS(x) des Fremdatoms A, mit dem die Schmelze ML1 in der Innenkammer dotiert worden ist und das vom gezogenen Kristall 17 aufgenommen worden ist, wie folgt ausgedrückt werden:
Darin gilt:
In obigen Gleichungen bedeuten: kA = Verteilungskoeffizient des Fremdatoms A und CAm(O) = Konzentration des Fremdatoms A in der Schmelze der Innenkammer in der Anfangsstufe oder -phase des Ziehens.
Wenn der Verteilungskoeffizient x ist, kann ferner die Konzentration CBS(x) des Fremdatoms B, mit dem die Schmelze ML2 in der Außenkammer dotiert worden ist und das vom gezogenen Kristall 17 aufgenommen worden ist, wie folgt ausgedrückt werden:
Darin gilt:
In obigen Gleichungen bedeuten: kB = Verteilungskoeffizient des Fremdatoms B und CBm(O) = Konzentration des Fremdatoms B in der Schmelze der Außenkammer in der Anfangsphase des Ziehens.
Die effektive Konzentration des Fremdatoms A im Kristall beim Erstarrungsverhältnis x kann praktisch auf der gleichen Größe wie bei dem in der anfänglichen Ziehphase erhaltenen Kristall dadurch erhalten werden, daß eines der Fremdatome A und B jeweils das andere kompensiert. Zu diesem Zweck wird die Konzentration CBm(O) des Fremdatoms B, welche CBS(x) in Gleichung (4) bestimmt, so eingestellt, daß sie im wesentlichen der folgenden Gleichung genügt:
CAS(X) - CAS(0) = CBS(x) ... (6)
Wenn die Gleichung (6) erfüllt ist, wird der spezifische Widerstand in Bereichen mit Erstarrungsverhältnissen von 0 und x (0 < x < 0,85) jeweils gleich. Ferner kann der spezifische Widerstand in Bereichen mit dem Verteilungskoeffizienten, der von dem Bereich von x im Erstarrungsverhältnis verschieden ist, gesteuert oder kontrolliert werden, so daß die Abweichung des spezifischen Widerstands von einem gewünschten Wert auf einen vergleichsweise engen Bereich unterdrückt werden kann.
Wenn die Fremdatome A und B vom gleichen Leitungstyp sind, kann der spezifische Widerstand des Kristalls konstantgehalten werden. Wenn nämlich das Erstarrungsverhältnis gleich x ist, läßt sich die Fremdatomkonzentration Cs(x) im gezogenen Kristall wie folgt ausdrücken:
mit: keff = k × (πR²/πr²) ... (8)
Darin bedeuten: k = Verteilungskoeffizient des Fremdatoms; Ci(O) = Fremdatomkonzentration der Schmelze in der Innenkammer in der Anfangs-Ziehphase; und Co(O) = Fremdatomkonzentration der Schmelze in der Außenkammer in der Anfangs-Ziehphase.
Wenn die Dotierung mit dem Fremdatom zur Einstellung der Fremdatomkonzentration Co(O) der Schmelze in der Außenkammer so erfolgt, daß die folgende Gleichung:
kCi(0) = -Co(0)(keff-k)/(1-keff) ... (9)
erfüllt ist, kann die folgende Gleichung durch Einsetzen von Gleichung (9) in den zweiten Ausdruck von Gleichung (7) erhalten werden:
Cs(x) = kCi(0)(1-x)keff&supmin;¹ - kCi(0){(1-x)keff&supmin;¹-1} = kCi(0) ... (10)
Auf diese Weise kann die Fremdatomkonzentration im Kristall in dessen Längsrichtung konstant eingestellt werden.
Beim Verfahren gemäß dieser Erfindung wird ein Verbindungsmechanismus (15, 16) zwischen Innen- und Außenkammer dazu benutzt, das Ausfließen des in der in der Innenkammer des Integral-Doppelziehtiegels befindlichen Schmelze ML1 enthaltenen Dotier-Fremdatoms (Dotierstoffs) zur Außenkammer 21 zu unterdrücken. In diesem Fall ist darauf hinzuweisen, daß der Verbindungsmechanismus nicht auf ein röhrenartiges Rohr 16 beschränkt ist.
Ein besseres Verständnis dieser Erfindung ergibt sich aus der folgenden genauen Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen, in denen zeigen:
Figur 1 eine Schnittansicht des Hauptabschnitts eines Doppelziehtiegels, der bei einem Kristallziehverfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung benutzt werden kann,
Figur 2 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Erstarrungsverhältnis und der Fremdatomkonzentration des Silizium-Einkristalls, der nach dem Kristallziehverfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung unter Heranziehung von r/R als Parameter erhalten wird,
Figur 3 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Erstarrungsverhältnis, dem spezifischen Widerstand und der Fremdatomkonzentration eines Silizium-Einkristalls, der nach dem Kristallziehverfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung erhalten wird, wenn r/R auf 0,70 eingestellt ist,
Figur 4 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Erstarrungsverhältnis, dem spezifischen Widerstand und der Fremdatomkonzentration eines Silizium-Einkristalls, der nach dem Kristallziehverfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung erhalten wird, wenn r/R auf 0,75 eingestellt ist,
Figur 5 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Erstarrungsverhältnis und der Fremdatomkonzentration eines Silizium-Einkristalls, der nach einem vom Kristallziehverfahren gemäß dieser Erfindung verschiedenen Kristallziehverfahren erhalten wird,
Figur 6A bis 6F graphische Darstellungen jeweils der Beziehung zwischen dem Erstarrungsverhältnis und der Fremdatomkonzentration eines Silizium-Einkristalls, der unter Heranziehung von r/R als Parameter nach dem Kristallziehverfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung erhalten wird,
Figur 7 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Erstarrungsverhältnis und der Sauerstoffkonzentration eines Silizium-Einkristalls, der unter Heranziehung von r/R als Parameter nach dem Kristallziehverfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung erhalten wird,
Figur 8 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Erstarrungsverhältnis und der Fremdatomkonzentration eines Silizium-Einkristalls, der nach dem Kristallziehverfahren gemäß einem Aüsführungsbeispiel dieser Erfindung erhalten wird, sowie der Beziehung zwischen dem Erstarrungsverhältnis und der Fremdatomkonzentration eines Silizium-Einkristalls, der nach einem vom erfindungsgemäßen Kristallziehverfahren verschiedenen Kristallziehverfahren erhalten wird,
Figur 9 eine Schnittansicht des Hauptabschnitts eines Schwebezonen-Doppelziehtiegels und
Figur 10 und 11 graphische Darstellungen zur Erläuterung des Problems beim Schwebezonen- Doppelziehtiegel.
Im folgenden ist diese Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in Anwendung auf ein Siliziumeinkristall-Ziehverfahren erläutert.
Figur 1 veranschaulicht eine bei einem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung verwendete Kristallziehvorrichtung. Gemäß Figur 1 ist ein Ziehtiegel 12 aus Graphit auf einer lotrecht verschiebbaren und drehbaren Ziehtiegel-Welle 13 montiert, während ein Quarz-Ziehtiegel 11 eines Durchmessers von 30,5 cm (12") in enger Anlage an der Innenfläche des Graphit-Ziehtiegels 12 angeordnet ist. Eine zylindrische Quarz-Trennwand 14 mit einem Radius r ist koaxial im Ziehtiegel 11 angeordnet und damit verbunden. In der Trennwand 14 ist eine Öffnung oder Bohrung 15 geformt, wobei ein Quarzrohr 16 eines Innendurchmessers a (= 6 mm) und einer Länge L (= 150 mm) mit der Bohrung 15 an der Wand 14 montiert ist. Die Länge L ist so festgelegt, daß sie folgender Bedingung genügt: 2πr > L ≥ 4a.
Mittels dieses Doppelziehtiegels wird ein Siliziumkristall 17 eines Durchmessers von 10,2 cm (4") aus der in der Innenkammer 20 des Ziehtiegels, die durch die Trennwand 14 abgeteilt ist, befindlichen Schmelze ML1 gezogen. Mit ML2 ist dabei eine in der Außenkammer 21 befindliche Schmelze bezeichnet.
Bei den im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen unter Verwendung des Integral-Doppelziehtiegels betrug die Chargenmenge des Siliziummaterials 14 kg. Wenn dabei ferner die Verbindungseinrichtung nur aus der kleinen Bohrung 15 gebildet ist, erfolgt die Zufuhr von dotierendem Fremdatom bzw. Dotierstoff zur Innenkammer 20 oder zur Außenkammer 21, nachdem der gezüchtete Kristall in der Stufe der Schulterbildung einen Durchmesser von 10 mm erreicht und vor dem geradlinigen Körper desselben, so daß ein Rückfluß von Schmelze aus der Innenkammer 20 zur Außenkammer 21 verhindert wird. Wenn die Verbindungseinrichtung zwischen Innen- und Außenkammer aus einem rohrförmigen Durchgang 16 geformt ist, der eine Wirkung zur Unterdrückung des Ausfließens von Fremdatom bzw. Dotierstoff aus der Schmelze ML1 der Innenkammer zur Schmelze ML2 der Außenkammer besitzt, erfolgt die Zufuhr von Dotierstoff, nachdem das Silizium-Ausgangsmaterial aufgeschmolzen worden ist und die Oberflächenspiegel der Schmelzen in Innen- und Außenkammer sich einander angeglichen haben.

AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 1

Im Ausführungsbeispiel 1 wird aus dem Quarz-Ziehtiegel ausgeflossenes Fremdatom bzw. ausgeflossener Dotierstoff kompensiert, und ein hochohmiger N-Typ-Einkristall eines gleichmäßigen spezifischen Widerstands von 50 Ω cm und 100 Ω cm, der in seiner Längsrichtung konstant ist, wird gezogen. Zur Steuerung der Konzentration des aus dem Doppelziehtiegel (11, 14) ausfließenden Fremdatoms bzw. Dotierstoffs wurde der Innendurchmesser 2r der Trennwand verschiedentlich geändert, wobei Kristalle aus der undotierten Schmelze (in sowohl Innen- als auch Außenkammer) gezüchtet und sodann die Leitungstypen und die Widerstandswerte der gezüchteten Kristalle gemessen wurden und die scheinbare Fremdatomkonzentration auf der Grundlage dieser Meßwerte abgeleitet bzw. ermittelt wurde. Als Ergebnis wurde der Leitungstyp des aus dem Ziehtiegelkörper 11 und der Trennwand 14 aus Quarz ausfließenden Fremdatoms zum P-Typ bestimmt, wobei durch Messung festgestellt wurde, daß sich der spezifische Widerstand in der Längsrichtung am Kopfteil von 1000 bis 2000 Ω cm zum Endstückabschnitt von einigen 100 Ω cm verringert. Figur 2 veranschaulicht die Verteilung der ermittelten Fremdatomkonzentration.
Entsprechend dem Ergebnis von Figur 2 wurde das Verhältnis r/R auf 0,70 eingestellt. Die in der Innenkammer befindliche Schmelze ML1 wurde mit Phosphor dotiert, um den spezifischen Widerstand des Kristall-Kopfabschnitts auf 50 Ω cm einzustellen (die Phosphorkonzentration beträgt 1 x 10¹&sup4; Atome/cm³). Die in der Außenkammer befindliche Schmelze ML2 blieb undotiert. Unter diesen Bedingungen wurde ein Einkristall 17 des N-Typs eines hohen Widerstands gezogen. Figur 3 veranschaulicht die Verteilung des spezifischen Widerstands und die Fremdatomkonzentration in der Längsrichtung des Einkristalls 17.
Figur 3 zeigt, daß die sich fortlaufend vergrößernde Menge des aus dem Quarz-Ziehtiegel (11, 14; ausfließenden P-Typ- Fremdatoms (Markierung ), mit der bei auf 0,70 eingestelltem Verhältnis r/R der Kristall ungewollt dotiert wird, durch fortlaufende Erhöhung der Konzentration (Markierung o) des N-Typ-Fremdatoms (P), mit welchem der Kristall 17 gewollt dotiert ist oder wird, kompensiert und demzufolge der spezifische Widerstand (Markierung ) des Kristalls 17 in der Längsrichtung im wesentlichen konstant eingestellt werden kann.
Weiterhin wurde der hochohmige N-Typ-Einkristall des spezifischen Widerstands von 100 Ω cm (Phosphorkonzentration 0,5 x 10¹&sup4; Atome/cm³) bei auf 0,75 eingestelltem Verhältnis r/R gezogen. Das Ergebnis ist dasselbe wie vorher; es ist in Figur 4 dargestellt.
Figur 5 veranschaulicht die Verteilung der Fremdatomkonzentration des hochohmigen N-Typ-Siliziumeinkristalls eines spezifischen Widerstands von 50 Ω cm, der unter Verwendung des Schwebezonen-Quarz-Doppelziehtiegels gezogen wurde. Auch wenn in diesem Fall das Erstarrungsverhältnis x in dem Bereich von 0 < x < 1-(h/H) eingestellt ist oder wird, kann die effektive Fremdatomkonzentration (Markierung ) oder der spezifische Widerstand nicht konstant eingestellt werden.
Weiterhin wurde bestätigt, daß die in einer Ebene liegende Verteilung des spezifischen Widerstands eines gespaltenen oder geschnittenen Plättchens erzielt wurde, bei dem Δ p 5 bis 20 % im Fall der Flächenorientierung (oder Kristallwuchsorientierung) (111) betrug, während Δ p 4 bis 10 % im Fall der Flächenorientierung (100) betrug; diese Werte waren dieselben, wie sie nach der CZ-Technik erhalten werden.

AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 2

Bei diesem Ausführungsbeispiel wurde die Schmelze in der Innenkammer 20 mit Phosphor (N-Typ-Fremdatom: P; sein Verteilungskoeffizient beträgt 0,35) dotiert, während die Schmelze in der Außenkammer 21 mit Bor (P-Typ-Fremdatom B; sein Verteilungskoeffizient beträgt 0,80) dotiert und ein N-Typ-Silizium-Einkristall 17 eines konstanten spezifischen Widerstands (5 Ω cm) in der Längsrichtung gezogen wurde, während das Verhältnis r/R verschiedentlich geändert wurde. Nachstehend ist ein Beispiel eines Kristallziehverfahrens, bei dem ein Doppelziehtiegel mit auf 0,75 eingestelltem Verhältnis r/R verwendet wurde, im einzelnen erläutert.
Zunächst wurden Einzelheiten bezüglich des Erstarrungsverhältnisses x auf die in der folgenden Tabelle 1 angegebene Weise bestimmt, um Gleichung (6) aufzulösen. TABELLE 1
Die Borkonzentration in der Anfangs-Ziehphase (Erstarrungsverhältnis = 0) wird auf der Grundlage von Gleichung (6) so eingestellt, daß überschüssiger Phosphor (P) durch den gewollt eingeführten Anteil an Bor (B), wobei das Erstarrungsverhältnis 0,7 beträgt, kompensiert werden kann, und die effektive Phosphorkonzentration kann gleich derjenigen in der Anfangs-Ziehphase eingestellt werden. Dies bedeutet, daß CBm(O) so bestimmt wird, daß die folgende
Gleichung erfüllt ist:
Darin bedeuten: kA = Verteilungskoeffizient (0,35) von Phosphor;
kB = Verteilungskoeffizient (0,80) von Bor; und
CBm(O) wurde auf der Grundlage von Gleichung (11) bestimmt; der erwartete spezifische Widerstand von 5 Ω cm und die effektive Phosphorkonzentration in der Längsrichtung des Kristalls wurden durch Berechnung ermittelt, wie dies in Tabelle 2 angegeben ist. TABELLE 2
Wie sich aus Tabelle 2 ergibt, kann erwartet werden, daß sich der spezifische Widerstand ausreichend konstant einstellen läßt.
Die Figuren 6A bis 6F veranschaulichen die Ergebnisse von Überprüfungsversuchen, die unter den Bedingungen durchgeführt wurden, daß die Verhältnisse r/R jeweils auf 0,60, 0,65, 0,70, 0,75, 0,80 bzw. 0,85 eingestellt waren; die Schmelzen in der Innenkammer 20 und Außenkammer 21 wurden mit Phosphor bzw. Bor dotiert, und die effektiven Phosphorkonzentrationen eines Bereichs mit einem Erstarrungsverhältnis x = 0,70 sowie eines Bereichs mit einem Erstarrungsverhältnis x = 0 wurden so eingestellt, daß sie einander gleich waren. Anhand der Versuche wurde bestätigt, daß der spezifische Widerstand in der Längsrichtung im wesentlichen konstant bei einer Größe von 5 Ω cm gehalten wurde, wie dies durch die obige Theorie angegeben ist.
Wenn gemäß den Figuren 6A bis 6F das Verhältnis r/R auf eine beliebige Größe im Bereich zwischen 0,60 (oder 0,59) und 0,85 eingestellt wird, kann der spezifische Widerstand in der Längsrichtung des Kristalls konstantgehalten werden. Das Verhältnis r/R kann daher auf eine zweckmäßige Größe gesetzt oder eingestellt werden, die für eine vom spezifischen Widerstand verschiedene Charakteristik oder Eigenschaft zu bevorzugen ist. Beispielsweise wird die Sauerstoffkonzentration [Oi] im Siliziumeinkristall hoch, wenn der Durchmesser des Ziehtiegels gegenüber demjenigen des Kristalls kleiner wird.
Figur 7 veranschaulicht die in den obengenannten Überprüfungsversuchen ermittelte Sauerstoffkonzentration [Oi] in der Längsrichtung der Kristalle. Aus Figur 7 geht folgendes deutlich hervor: wenn der spezifische Bereich von 1,55 bis 1,85 x 10¹&sup8; Atome/cm³ in bezug auf [Oi] eingestellt wird, können die spezifischen [Oi]-Werte oder -Größen durch Einstellung des Verhältnisses r/R auf 0,70 oder 0,75 erzielt werden.

AUSFUHRUNGSBEISPIEL 3

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das Verhältnis r/R auf 0,70 eingestellt; die Schmelzen in Innen- und Außenkammer werden mit Bor dotiert, wobei ein Einkristall mit dem spezifischen Widerstand von 10 Ω cm und einer Sauerstoffkonzentration von 1,55 bis 1,85 x 10¹&sup8; Atome/cm³ gezüchtet wird. Zu diesem Zweck wird Gleichung (9) wie folgt aufgelöst:
kCi(O) = -CO(O)(keff-k)/(1-keff) ... (12)
Darin bedeutet: k = der 0,80 betragende Verteilungskoeffizient von Bor; keff kann wie folgt ausgedrückt werden:
keff = k × (πR²/πr²) = 1,63 ... (13)
Weiterhin stehen Ci(O) für die Borkonzentration in der in der Innenkammer befindlichen Schmelze in der Anfangs-Ziehphase und Co(O) für die Borkonzentration der in der Außenkammer befindlichen Schmelze in der Anfangs-Ziehphase.
Ein Kristall wurde unter den Bedingungen gezogen, daß die in der Innenkammer 20 befindliche Schmelze mit Bor in einer Konzentration von Ci(O) dotiert wurde, um den spezifischen Widerstand von 10 Ω cm zu erreichen, während die in der Außenkammer 21 befindliche Schmelze mit Bor in einer Konzentration von Co(O) dotiert wurde, um der Gleichung (12) zu genügen. Dabei wurde ein Einkristall erhalten, bei dem der spezifische Widerstand gemäß Figur 8 konstant und die Sauerstoffkonzentration im gleichen spezifizierten Bereich eingestellt war, wie er durch die Markierungen in Figur 7 angegeben ist.
Zu Vergleichszwecken ist in Figur 8 der spezifische Widerstand des nach der CZ-Technik erhaltenen Einkristalls dargestellt. Gemäß Figur 8 liegt der Verteilungskoeffizient von Bor bei 0,80 und dicht bei 1; dabei handelt es sich um einen Dotierstoff, der die geringste Änderung des spezifischen Widerstands in der Längsrichtung des Kristalls hervorruft. Wenn jedoch bei der CZ-Technik Bor verwendet wird, variiert der spezifische Widerstand beträchtlich von 10 Ω cm bis 7 Ω cm. Im Gegensatz dazu kann gemäß dieser Erfindung der spezifische Widerstand im wesentlichen konstantgehalten werden, während außerdem die Sauerstoffkonzentration auf eine gewünschte Größe eingestellt sein oder werden kann.
Gemäß dem neuartigen Verfahren nach dieser Erfindung wird ein Integral-Doppelziehtiegel eingesetzt, der sich von dem bei der herkömmlichen CZ-Technik oder beim Schwebezonen- Doppelziehtiegelverfahren verwendeten unterscheidet, wobei der spezifische Widerstand in der Längsrichtung des Halbleiter-Einkristalls konstant eingestellt werden oder sein kann. Als Ergebnis ist es möglich, (a) einen Kristall mit dem konstanten und hohen spezifischen Widerstand von 50 Ω cm oder 100 Ω cm, der nach dem herkömmlichen Verfahren nicht erzielbar ist, zu ziehen und (b) den Kristall unter Verwendung zweier Arten von Fremdatomen oder zweier Arten von Schmelzen, deren Fremdatomkonzentrationspegel voneinander verschieden sind, zu ziehen. Weiterhin ist es auch möglich, (c) nicht nur den spezifischen Widerstand, sondern auch eine davon verschiedene Eigenschaft, wie Sauerstoffkonzentration, zu steuern. Die Merkmale (a), (b) und (c) können mit einem Ausbringen von praktisch 100 % realisiert werden, so daß das Verfahren nach dieser Erfindung einen ganz bedeutenden industriellen Nutzwert bietet.
Darüber hinaus ist es erfindungsgemäß möglich, einen Einkristall mit der Verteilung des spezifischen Widerstands in der Querschnittsrichtung (senkrecht zur Längsrichtung) des Kristalls zu züchten, die von der Verteilung des spezifischen Widerstands beim FZ-Kristall verschieden und, wie im Fall der Verteilung des spezifischen Widerstands des CZ-Kristalls, konstant ist. Nach dem Verfahren gemäß dieser Erfindung kann anstelle von Si (ein Kristall aus) Ge oder GaAs gezüchtet werden. Ferner können der Ziehtiegel 11 und/oder die Trennwand 14 aus pyrolytischem Bornitrid (PBN), Si&sub3;N&sub4; oder SiC oder aber aus mit PBN, Si&sub3;N&sub4; oder SiC beschichtetem Quarz geformt sein.

Claims

1. Verfahren zum Ziehen eines Kristalls in folgenden Schritten:

koaxiales Anordnen einer Trennwand (14) in einem Halbleiterkristall-Ziehtiegel zwecks Unterteilung desselben in eine Innenkammer (20) und eine Außenkammer (21),

Einbringen einer ersten dotierten Materialschmelze (ML1) in die Innenkammer (20) und einer zweiten Materialschmelze (ML2) in die Außenkammer (21) und

Ziehen eines Kristalls aus der in der Innenkammer (20) befindlichen ersten Materialschmelze (ML1), während die in der Außenkammer (21) befindliche zweite Materialschmelze (ML2) zur Innenkammer (20) über Verbindungsmittel (15, 16) zum Verbinden der Innenkammer (20) und der Außenkammer (21) miteinander und zum Unterdrücken eines Ausfließens von Fremdatom (Dotierstoff) aus der Innenkammer (20) zur Außenkammer (21) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Außenkammer (21) befindliche zweite Materialschmelze (ML2) eine undotierte Schmelze ist und die Bedingung

vorgegeben wird zur Erhöhung der Dotierfremdatomkonzentration in Längsrichtung des Kristalls zwecks Kompensierens des Einflusses des aus dem Tiegel ausgeströmten und mit der Schmelze vermischten Fremdatoms des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps, oder die Bedingung

vorgegeben wird zur Herabsetzung der Dotierfremdatomkonzentration in der Längsrichtung des Kristalls zwecks Aufhebung des Einflusses des aus dem Tiegel ausgeströmten und mit der Schmelze vermischten Fremdatoms des gleichen Leitfähigkeitstyps, um damit den spezifischen Widerstand des gezogenen Kristalls in dessen Längsrichtung zu steuern, wobei bedeuten: k = Verteilungskoeffizient des Dotierfremdatoms in der ersten Materialschmelze (ML1), Si = Oberfläche der Oberseite der in der Innenkammer (20) befindlichen Schmelze und So = Oberfläche der Oberseite der in der Außenkammer (21) befindlichen Schmelze.

2. Verfahren zum Ziehen eines Kristalls nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der spezifische Widerstand in Längsrichtung eines aus dem Quarztiegel gezogenen phosphordotierten hochohmigen N-Typ-Siliziumeinkristalls mit einem spezifischen Widerstand von wesentlich mehr als 20 Ω cm unter einer Bedingung von praktisch

gesteuert wird.

3. Verfahren zum Ziehen eines Kristalls nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der spezifische Widerstand in Längsrichtung eines aus dem Quarztiegel gezogenen phosphordotierten hochohmigen N-Typ-Siliziumeinkristalls mit einem spezifischen Widerstand von wesentlich mehr als 2 Ω cm unter einer Bedingung von praktisch

gesteuert wird.

4. Verfahren zum Ziehen eines Kristalls nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der spezifische Widerstand in Längsrichtung des gezogenen Kristalls durch Einführen eines Fremdatoms eines dem Leitfähigkeitstyp des Dotierungsfremdatoms entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps in die in der Außenkammer (21) befindliche zweite Materialschmelze (ML2) zum Verdünnen und Kompensieren der Konzentration des Dotierungsfremdatoms, das in der ersten Materialschmelze (ML1) enthalten ist und dessen Konzentration während des Kristallziehprozesses hoch wird, gesteuert wird.

5. Verfahren zum Ziehen eines Kristalls nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der spezifische Widerstand in Längsrichtung des gezogenen Kristalls durch Einführen eines Fremdatoms mit dem gleichen Leitfähigkeitstyp wie dem des Fremdatoms, mit dem die erste Materialschmelze (ML1) dotiert ist, in die in der Außenkammer (21) befindliche zweite Materialschmelze (ML2) zum Einstellen der Konzentration des in der ersten Materialschmelze (ML1) enthaltenen Dotierungsfremdatoms, dessen Konzentration während des Kristallziehprozesses niedrig wird, gesteuert wird.

6. Verfahren zum Ziehen eines Kristalls in foglenden Schritten:

koaxiales Anordnen einer rohrförmigen Trennwand (14) in einem zylindrischen Halbleiterkristall-Ziehtiegel (11) zwecks Unterteilung desselben in eine Innenkammer (20) und eine Außenkammer (21) , wobei der Durchmesser (2r) der rohrförmigen Trennwand (14) kleiner ist als der Durchmesser (2R) des Tiegels (11),

Ziehen eines Kristalls aus der in der Innenkammer (20) befindlichen ersten Materialschmelze (ML1), während die in der Außenkammer (21) befindliche zweite Materialschmelze (ML2) zur Innenkammer (20) über Verbindungsmittel (15, 16) zum Verbinden der Innenkammer (20) und der Außenkammer (21) miteinander und zum Unterdrücken eines Ausfließens von Fremdatom (Dotierstoff) aus der Innenkammer (20) zur Außenkammer (21) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Außenkammer (21) befindliche zweite Materialschmelze (ML2) eine undotierte Schmelze ist und die Bedingung (r/R) > k vorgegeben wird zur Erhöhung der Dotierfremdatomkonzentration in der Längsrichtung des Kristalls zwecks Kompensierens des Einflusses des aus dem Tiegel ausgeströmten und mit der Schmelze vermischten Fremdatoms des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps, oder die Bedingung (r/R) < k vorgegeben wird zur Herabsetzung der Dotierfremdatomkonzentration in Längsrichtung des Kristalls zwecks Aufhebung des Einflusses des aus dem Tiegel ausgeströmten und mit der Schmelze vermischten Fremdatoms des gleichen Leitfähigkeitstyps, um damit den spezifischen Widerstand des gezogenen Kristalls in Längsrichtung desselben zu steuern, wobei bedeuten:

k = Verteilungskoeffzient des Dotierfremdatoms in der ersten Materialschmelze (ML1), r = halber Innendurchmesser der Innenkammer (20) und R = halber Innendurchmesser der Außenkammer (21).

7. Verfahren zum Ziehen eines Kristalls nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der spezifische Widerstand in Längsrichtung eines aus dem Quarztiegel gezogenen phosphordotierten hochohmigen Siliziumeinkristalls mit einem spezifischen Widerstand von wesentlich mehr als 20 Ω cm unter einer Bedingung von praktisch 0,85 > (r/R) > 0,59 gesteuert wird.

8. Verfahren zum Ziehen eines Kristalls nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der spezifische Widerstand in Längsrichtung eines aus dem Quarztiegel gezogenen phosphordotierten hochohmigen Siliziumeinkristalls mit einem spezifischen Widerstand von wesentlich mehr als 20 Ω cm unter einer Bedingung von praktisch 0,75 ≥ (r/R) ≥ 0,70 gesteuert wird.

9. Verfahren zum Ziehen eines Kristalls nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der spezifische Widerstand in Längsrichtung des gezogenen Kristalls durch Einführen eines Fremdatoms eines dem Leitfähigkeitstyp des Dotierungsfremdatoms entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps in die in der Außenkammer (21) befindliche zweite Materialschmelze (ML2) zum Verdünnen und Kompensieren der Konzentration des Dotierungsfremdatoms, das in der ersten Materialschmelze (ML1) enthalten ist und dessen Konzentration während des Kristallziehprozesses hoch wird, gesteuert wird.

10. Verfahren zum Ziehen eines Kristalls nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der spezifische Widerstand in Längsrichtung des gezogenen Kristalls durch Einführen eines Fremdatoms mit dem gleichen Leitfähigkeitstyp wie dem des Fremdatoms, mit dem die erste Materialschmelze (ML1) dotiert ist, in die in der Außenkammer (21) befindliche zweite Materialschmelze (ML2) zum Einstellen der Konzentration des in der ersten Materialschmelze (ML1) enthaltenen Dotierungsfremdatoms, dessen Konzentration während des Kristallziehprozesses niedrig wird, gesteuert wird.