DE69011619T2

DE69011619T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Einstellung der Sauerstoff-Konzentration in einem Silizium-Einkristall.

Info

Publication number: DE69011619T2
Application number: DE1990611619
Authority: DE
Inventors: Kenji Araki; Masahiko A- - Baba; Atsushi Iwasaki; Susumu Sonokawa
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 1989-10-05
Filing date: 1990-10-05
Publication date: 1995-01-12
Anticipated expiration: 2010-10-06
Also published as: EP0425837B1; JPH03122089A; EP0425837A1; JPH0774116B2; DE69011619D1

Description

Erfindungsgebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung der Sauerstoffkonzentration in einem Silizium-(Si-)Einkristall, das in einer nach dem Czochralski-Verfahren arbeitenden Einkristall-Ziehapparatur eingesetzt wird, und eine Vorrichtung zur Anwendung des Einstellverfahrens.

Beschreibung des Standes der Technik

Wenn ein Si-Einkristall in einem Quarztiegel unter Verwendung des Cz- Verfahrens aus einer Si-Schmelze gezogen wird, wird durch die Reaktion zwischen dem Quarztiegel und der Si-Schmelze flüchtiges Siliziumoxid (SiO) produziert und lagert sich am Rand des Tiegels, am Si-Einkristall, an einem Zugschaft und an der Innenwand einer Kammer ab. Das SiO, das sich an dem während der Rotation aufsteigenden Zugschaft niederschlägt, wird durch einen luftdichten Dichtring abgeschabt und fällt in die Schmelze darunter, so daß der produzierte Einkristall beschädigt wird. Um dieses Problem zu lösen, ist (in dem japanischen geprüften Patent No. 54-6511) ein Verfahren vorgeschlagen worden, bei dem ein Spülrohr konzentrisch mit dem Zugschaft in der Kammer nach unten hängend angeordnet wird, wobei Argon-(Ar-)Gas von oben in einem Richtrohr nach unten fließt und das SiO, das sich von der Oberfläche der Schmelze verflüchtigt, zusammen mit dem Ar-Gas durch den Boden der Kammer ausgestoßen wird.
Andererseits wird das SiO auch in den Si-Einkristall aufgenommen. Da Sauerstoff in dem Si-Einkristall als das Hauptelement für den Getter-Effekt gegen Verunreinigungen fungiert, die den Herstellungsprozeß für einen integrierten Schaltkreis stören, hat man üblicherweise gedacht, daß eine bevorzugte Sauerstoffkonzentration in dem Si-Einkristall etwa 20 ppma (nach ASTM F121-83) betragen sollte. Der Integrationsgrad von Halbleitervorrichtungen hat jedoch in letzter Zeit ein hohes Niveau erreicht, und man hat herausgefunden, daß Sauerstoff in dem Si-Einkristall einen durch Sauerstoff hervorgerufenen Fehler (OISF) und einen Wirbelfehler hervorruft. Als Ergebnis benötigen Hersteller von Halbleitervorrichtungen einen Si-Einkristall, in dem die Sauerstoffkonzentration niedriger als 15 ppma ist.
Die folgenden Verfahren sind vorgesehen, um die Sauerstoffkonzentration in dem Si-Einkristall zu erniedrigen:
(A) Reduktion der Reaktion zwischen der Si-Schmelze und dem Quarztiegel durch eine Erniedrigung der Drehzahl des Quarztiegels.
(B) Erhöhung der Menge des verflüchtigten SiO durch eine Erhöhung der Strömungsrate des durch das Richtrohr fließenden Inertgases.
(C) Erhöhung der Menge des sich verflüchtigenden SiO durch eine Druckemiedrigung in der Kammer.
Beim Verfahren (A) wird jedoch verhindert, daß die Temperaturverteilung in der Si-Schmelze gleichmäßig ist, wenn die Drehzahl zu gering ist. Bei dem Verfahren (B) werden die Kosten erhöht, da die Strömungsrate des Inertgases recht hoch sein muß (Erhöhung normalerweise um 50 bis 100 l/min). Im Falle des Verfahrens (C) erhöht sich die Reaktion zwischen dem Quarztiegel und der Si-Schmelze, wenn der Druck zu gering ist, so daß die Lebensdauer des Quarztiegels verkürzt und die Produktionskosten erhöht werden.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Einstellung der Sauerstoffkonzentration, das in der Lage ist, die Sauerstoffkonzentration in einem Si-Einkristall herabzusetzen und die Konzentration über die Gesamtlänge des Si-Einkristalls gleichmäßig zu machen, ohne die obengenannten Probleme hervorzurufen, sowie eine Vorrichtung zur Anwendung des Verfahrens anzugeben.
Um die Aufgabe zu lösen, ist ein Verfahren entsprechend den Ansprüchen 1 bis 6 vorgesehen.
Falls nur die Strömungsrate des durch das Richtrohr nach unten fließenden Inertgases verändert wird, sind seine Kosten hoch und es ist weiterhin schwierig, daß das aus dem Richtrohr herausfließende Gas die Oberfläche der Si-Schmelze aufgrund der aufsteigenden Strömung, die durch Hitze oder Strahlung von der Oberfläche der Si-Schmelze erzeugt wird, erreicht, und der Effekt der Entfernung von SiO durch Verdampfung aus der Si-Schmelze wird reduziert und instabil gemacht.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist es jedoch möglich, die in den Si-Einkristall eingebrachte Menge an Sauerstoff auf einen geringen Wert zu drücken, indem die Strömungsgeschwindigkeit des zwischen dem unteren Ende des Richtrohres und der Oberfläche der Si-Schmelze strömenden Inertgases stabil und sanft geändert, und dadurch die Menge des von der Si-Schmelze sich verflüchtigenden SiO geändert wird, ohne die Strömungsrate des durch das Richtrohr nach unten fließenden Inertgases zu ändern. Daher ist es möglich, die Sauerstoffkonzentration in dem Si-Einkristall einzustellen, ohne eines der obengenannten Probleme hervorzurufen.
Der oben angegebene Abstand zwischen der Oberfläche der Si-Schmelze und dem unteren Ende des Richtrohres kann durch Anheben des Richtrohres und/oder des Quarztiegels verändert werden.
Das oben angegebene Verfahren wird durch eine Vorrichtung entsprechend den Ansprüche 7 bis 11 ausgeführt.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 bis 4 sind Ansichten eines ersten Ausfährungsbeispiels eines Verfahrens zum Einstellen der Sauerstoffkonzentration in einem Si-Einkristall und einer Vorrichtung zur Anwendung des Verfahrens entsprechend der vorliegenden Erfindung:
Fig. 1 ist eine Ansicht, die den hauptsächlichen mechanischen Aufbau einer Einkristall-Ziehvorrichtung zeigt;
Fig. 2 ist ein Schaubild eines Regelschaltkreises für das Oberflächenniveau;
Fig. 3 ist ein Flußdiagramm, das den Aufbau der Software eines in Fig. 2 gezeigten Mikrocomputers 52 zeigt; und
Fig. 4 ist ein Schaubild, das die Beziehung zwischen dem Abstand Y zwischen der Oberfläche und einem oberen Ende eines Kristallkörpers und dem Abstand H zwischen der Oberfläche und dem unteren Ende eines Richtrohres zeigt,
Fig. 5 ist ein Kurvendiagramm des Sauerstoff-Konzentrationsprofils in einem Kristall bezüglich der Position Y in der axialen Richtung nach unten von dem oberen Ende des Kristallkörpers entsprechend Resultaten von Experimenten, bei denen die Vorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel und eine konventionelle Vorrichtung verwendet wurden,
Fig. 6 bis 8 sind Ansichten einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung:
Fig. 6 ist eine Ansicht, die den hauptsächlichen mechanischen Aufbau einer Einkristall-Ziehvorrichtung zeigt;
Fig. 7 ist ein Diagramm eines Regelschaltkreises für die Richtrohr-Höhe; und
Fig. 8 ist eine Diagramm, das die Beziehung zwischen der Zeit t und der Höhe H eines Richtrohres zeigt.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.

(1) Erste Ausführungsform

Fig. 1 zeigt den hauptsächlichen mechanischen Aufbau einer Einkristall- Ziehvorrichtung.
Eine Bodenöffnung eines zylindrischen Körpers 10a einer Kammer 10 ist mit einer Bodenplatte 10b abgedeckt und ein Deckel 10C, der aus einem Schulterabschnitt und einem zylindrischen Abschnitt mit einem kleinen Durchmesser zusammengesetzt ist, ist mit der oberen Öffnung des Körpers 10a verbunden. Ein Einiaß 12 zum Einführen von Ar-Gas ist an einer Seitenwand des zylindrischen Abschnittes des Deckels 1ºc ausgebildet, und ein Auslaß 14 zum Ausstoßen des Ar-Gases ist in der Bodenplatte 10b ausgebildet. Ein Dichtring 15 ist im Zentrum der Bodenplatte 10b befestigt und ein rotierender Hebeschaft 16 durchstößt den Dichtring 15. Ein Sockel 17 ist am oberen Ende des rotierenden Hebeschafies 16 befestigt, und ein Graphittiegel 20 ist auf dem Sockel 17 über einen Tisch 18 abgestellt. Ein Quarztiegel 22 ist in den Graphittiegel 20 eingepaßt. Der Umfang des Graphit-Tiegels 20 ist von einer Heizung 24 und der Umfang der Heizung 24 ist von einem wärmeisolierenden Graphitmaterial 26 umgeben. Deshalb wird polykristaliines Si in eine Si-Schmelze 28 geschmolzen, wenn polykristallines Si in den Quarztiegel 22 gegeben und der Heizung 24 elektrische Energie zugeführt wird.
Andererseits wird ein Keimkristall 34 mittels eines Keimhalters 32 am unteren Ende des Zugschaftes 30 gehalten, der entlang der zentralen Achse der Kammer 10 nach oben und unten bewegt wird. Durch Eintauchen des Keimkristalls 34 in die Si-Schmelze 28 und durch Hochziehen des Keimkristalls 34 wird eine Si-Einkristallstange 36 gebildet. Eine Vielzahl von Bogenanschlägen 38 sind an der Innenwand am unteren Ende des zylindrischen Abschnittes des Deckels 10c befestigt, und ein nach außen gerichteter Flansch 40a, der an dem oberen Ende eines Richtrohres 40 ausgebildet ist, wird durch die Bogenanschläge 38 gehalten. In diesem Haltezustand fällt die zentrale Achse des Richtrohres 40 mit der der Kammer 10 zusammen.
Der rotierende Hebeschaft 16 wird durch einen Motor 42 nach oben und unten bewegt, und die rotierende Welle einer Rotationskodiereinrichtung 44 ist mit der Rotationswelle des Motors 42 verbunden. Ähnlich wird der Zugschaft 30 durch einen Motor 46 nach oben und unten bewegt, und die Rotationswelle einer Rotationskodiereinrichtung 48 ist mit der Rotationswelle des Motors 46 verbunden.
Wie in Fig. 2 gezeigt ist, werden Ausgangsimpulse von der Rotationskodiereinrichtung 48 einem Zähler 50 zugeführt, um gezählt zu werden, und der Zählwert Z des Zählers 50 wird einem Mikrocomputer 52 zugeführt. Durch Betätigung einer Tastatur 53 werden ein Referenzdurchmesser d&sub0; des Hauptabschnittes der Si-Kristallstange 36, der Innendurchmesser D des Quarztiegels 22, die Konzentration pM der Si-Schmelze, die Konzentration pS des Si-Einkristalls, eine Referenzlänge Ym des Hauptabschnittes und Y&sub0; wie unten beschrieben in den Mikrocomputer 52 eingegeben. Der Durchmesser d des wachsenden Endes der Si-Einkristallstange 36 wird ebenfalls dem Mikrocomputer 52 zugeführt. Der Durchmesser d wird dadurch gemessen, daß ein Bild des wachsenden Endes der Si-Einkristallstange 36 mittels einer nicht gezeigten ITV aufgenommen und deren Bildsignale verarbeitet werden. Der Mikrocomputer 52 berechnet einen Referenzwert Vc der Anhebegeschwindigkeit des rotierenden Hebeschaftes 16 unter Verwendung der oben angegebenen Werte Z, d, dO, D, pM, pS, Yo und Ym und führt den Referenzwert Vc dem Geschwindigkeitseinsteller 54 zu. Der Geschwindigkeitseinsteller 54 treibt den Motor 42 rotierend über einen Treiber 56 an, mißt die Anhebegeschwindigkeit des rotierenden Hebeschaftes 16 entsprechend Ausgangsimpulsen der Rotationskodiereinrichtung 44 und führt eine Regelung aus, so daß die gemessene Geschwindigkeit gleich der Referenzgeschwindigkeit Vc ist.
Die Betriebsweisen der Ausführungsform mit der oben angegebenen Aufbau wird beschrieben werden.
Der Druck in der Kammer 10 wird mittels einer Vakuumpumpe erniedrigt, Ar-Gas wird der Kammer 10 über den Einlaß 12 zugeführt, und gleichzeitig wird das Ar-Gas angesogen und über den Auslaß 14 ausgestoßen. Der Druck in der Kammer 10 wird zweckentsprechend sauber eingestellt, indem die Einspeisungs- oder die Ausstoßmenge des Ar-Gases eingestellt wird. Dann wird elektrische Energie der Heizung 24 zugeführt, um das polykristalline Silizium im Quarztiegel 22 zu erhitzen und zu schmelzen und die Schmelze 28 zu bilden. Danach wird der Keimkristall 34 in die Schmelze 28 eingetaucht, indem der Zugschaft 30 abgesenkt wird, und der Einkristall 36 wird durch Hochziehen des Zugschaftes 30 produziert.
In diesem Zeitpunkt fließt das Ar-Gas in dem Richtrohr 40 nach unten, strömt zwischen dem unteren Ende des Richtrohres 40 und der Schmelzeoberfläche 28a und zwischen der äußeren Umfangsfläche des Richtrohres 40 und der Innenseite des Quarztiegels 22 hindurch, wird aus dem Quarztiegel 22 ausgestoßen, geht nach unten und wird von dem Auslaß 14 angesogen und ausgestoßen.
Daher wird das flüchtige SiO, das durch die Reaktion zwischen der Schmelze 28 und dem Quarztiegel 22 produziert wird, über den Auslaß 14 zusammen mit dem Strom von Ar-Gas ausgestoßen, so daß es möglich ist, zu verhindern, daß sich das SiO an der inneren Umfangsfläche des Quarztiegels 22, am Einkristall 36, am Keimhalter 32, am Zugschaft 30 usw. absetzt.
Da die Menge des sich von der Schmelzeoberfläche 28 verflüchtigenden SiO durch den Strom des Ar-Gases erhöht und die Sauerstoffkonzentration in dem Einkristall 36 erniedrigt werden, werden die sauerstoffbezogenen Fehler und Wirbelfehler reduziert. Die Menge des sich verflüchtigenden SiO hängt von der Strömungsgeschwindigkeit des Ar-Gases ab, das zwischen der Schmelzeoberfläche 28a und dem unteren Ende des Richtrohres 40 hindurchströmt.
Fig. 4 zeigt ein Beispiel für die Regelung des Abstandes H zwischen der Schmelzeoberfläche 28a und dem unteren Ende des Richtrohres 40 (dem Schmelzeoberflächeniveau H) bezüglich der Entfernung Y zwischen der Schmelzeoberfläche 28a und dem oberen Ende des Körpers des Einkristalls 36. In diesem Beispiel wird der Abstand H auf einen festen Wert Ho gesetzt, da die Keimung durchgeführt wird, bis das obere Ende des Körpers der Si-Einkristallstange 36 detektiert wird, und wird anschließend um das Verhältnis Delta H/Delta Y (Delta kennzeichnet den Zuwachs) = alpha erhöht, bis Y = Yo, und H wird auf einen festen Wert H&sub1; gesetzt, wenn Y > Y&sub0; ist. Wenn die Ziehgeschwindigkeit des Kristalls konstant ist, ist die Gleichung alpha = (H1 - H&sub0;)/Y&sub0; gültig, und wenn die Ziehgeschwindigkeit nicht konstant ist, ist die Gleichung annähernd gültig. Fig. 3 zeigt die Software zur Konstanthaltung der Zuführungs- und Ausstoßmenge an Ar-Gas für die Kammer 10 und zur Regelung des Schmelzeoberflächenniveaus H, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist.
(Schritt 100) Falls d < d&sub0;,
(Schritt 102) Vc = (pS/pM) (d/D)² wird berechnet. Das Vc wird dem Geschwindigkeitseinsteller 54 zugeführt und das Niveau der Schmelzeoberfläche 28a wird auf den festen Wert H&sub0; gesetzt. Vs repräsentiert die Anhebegeschwindigkeit des Kristallzugschaftes 30 und ist proportional dem Zeitdifferentialwert des Zählwerts Z des Zählers 50. Die Proportionalitätskonstante ist im folgenden 1. Die Gleichung Z = (1 - alpha)Y ist normalerweise gültig. Vs wird manchmal verwendet, um den Durchmesser d des Kristalls zu regeln, und ist in diesem Fall im wesentlichen konstant.
Falls im Schritt 100 ermittelt wird, daß d ≥ d&sub0;, d.h., falls das führende Ende des Körpers der Si-Einkristallstange 36 detektiert wird,
(Schritt 104) wird ein Rücksetzimpuls dem Zähler 50 zugeführt, um den Zählwert Z zurückzusetzen.
(Schritt 106) Falls Z < (1 - alpha) Y&sub0;,
(Schritt 108) Vc = {(pS/pM) (d/D)² - alpha}VS/(1 - alpha) wird berechnet und dem Geschwindigkeitseinsteller 54 zugeführt, um so das Niveau der Schmelzeoberfläche 28a mit einer Geschwindigkeit von alpha Vs/ (1 - alpha) zu erniedrigen.
Falls in Schritt 106 ermittelt wird, daß Z ≥ (1 - alpha) Y&sub0;,
(Schritt 110) wird Vc = (pS/pM) (d/D)² Vs in der gleichen Weise wie in Schritt 102 berechnet und dem Geschwindigkeitseinsteller 54 zugeführt, um so H auf einen festen Wert H&sub2; zu setzen.
(Schritt 112) Falls Z < (1 - alpha) Ym ist wird Schritt 110 wiederholt. Falls Z ≥ (1 - alpha) Ym ist, endet der Prozeß.

(2) Experimentelles Beispiel

Fig. 5 zeigt die Sauerstoffkonzentration (ppma) im Kristall bezüglich der Position des führenden Ende des Körpers des Si-Einkristalls 36 in der axialen Richtung. Unter Bezugnahme auf Fig. 5 repräsentiert den Meßwert, wo das Niveau H der Schmelzeoberfläche auf 200 mm fixiert ist, und O repräsentiert den Meßwert, wo das Niveau H der Schmelzeoberfläche wie in Fig. 4 gezeigt verändert ist. H&sub0; ist 15 mm, H&sub1; ist 20 mm und Y&sub0; ist 100 mm. In beiden Fällen sind die weiteren Randbedingungen wie folgt:
Druck in der Kammer 10 : 30 mbar
Strömungsrate des Ar-Gases: 50 l/min
Rotationsgeschwindigkeit des Quarztiegels 22:
6/min wo Y = 0 - 100 mm
{6 + (Y-100)/150}/min, wo Y > 100 mm
Wie in Fig. 5 gezeigt ist, erfüllt z.B., falls die Spezifikation für die Sauerstoffkonzentration, die der Halbleiterhersteller erfordert, 13 ~ 15 ppma beträgt und das Niveau der Schmelzeoberfläche fest ist, der Abschnitt der Si-Einkristallstange 36 von Y = 0 15 cm nicht die gestellte Spezifikation, was zu einem minderwertigen Produkt fährt. Die Länge des minderwertigen Abschnittes kann jedoch um fast die Hälfte reduziert werden, indem das Niveau der Schmelzeoberfläche geregelt wird.

(3) Zweite Ausführungsform

Fig. 6 zeigt die hauptsächlichen mechanischen Aufbau einer Einkristall- Ziehvorrichtung in einer zweiten Ausführungsform.
In dieser Vorrichtung ist ein äußerer Flansch 40b am oberen Ende des Richtrohres 40 und ein innerer Flansch 60a am unteren Ende eines Rohrhalters 60 angeformt. Der äußere Flansch 40b wird auf dem inneren Flansch 60a gehalten, indem das Richtrohr 40 in den Rohrhalter 60 eingesetzt wird. Eine Durchstoßöffnung ist parallel mit der zentralen Achse des Rohrhalters 60 in die Seitenwand des Rohrhalters 60 eingeformt und ein Wolfram-Draht 62 führt durch die Öffnung hindurch. Ein Befestigungsstift 63 ist am unteren Ende des Wolfram-Drahtes 62 befestigt. Der Wolfram-Draht 62 wird um eine Führungsrolle 66 herumgeführt, die durch ein Verbindungselement 64 gelagert wird, und aus dem Verbindungselement 64 herausgezogen. Ein Gehäuse 70 wird mit dem äußeren Ende des Verbindungselementes 64 über ein Verbindungsrohr 68 verbunden. Eine Aufwickeltrommel 72 ist drehbar im Gehäuse 70 gelagert. Der Wolfram-Draht 62 verläuft durch das Verbindungsrohr 68 und das Gehäuse 70 und ist um die Aufnahmetrommel 72 herumgewickelt. Die oberen Enden von Beinen 74 sind an der unteren Ebene des Gehäuses 70 befestigt, und Vibrationsisolatoren 75 aus Gummi sind an den unteren Enden der Beine 74 und auf einem Lagerständer 76 befestigt, der auf dem Deckel 10c festgelegt ist.
Die Aufwickeltrommel 72 ist durch einen Motor 78 rotierend angetrieben. Die Rotationswelle einer Rotationskodiereinrichtung 80 ist mit der Rotationswelle des Motors 78 verbunden, und ein Grenzschalter 82 vom Nockentyp zur Detektion der Referenzposition ist auf der Rotationswelle des Motors 78 befestigt.
Drei Paare von Bestandteilen mit derselben Zusammensetzung wie die der Bestandteile 62 bis 75, 78 und 80 sind 120º entfernt voneinander um die zentrale Achse des Deckels 10c angeordnet und durch die oben angegebenen Bezugszeichen mit A bis C repräsentiert, um eine Unterscheidung zwischen den drei Paaren machen zu können.
Wie in Fig. 7 gezeigt ist, werden die Ausgangsimpulse der Rotationskodiereinrichtungen 80A bis 80C jeweils Aulwärts/Abwärts-Zählern 84A bis 84C zugeführt und gezählt. Die Zählwerte der Aufwärts/Abwärts-Zähler 84A bis 84C werden durch Referenzposition-Detektionssignale von den Grenzschaltern 82A bis 82C jeweils auf 0 gestellt. Andererseits werden die Ausgangsimpulse der Rotationskodiereinrichtung 48 dem Zähler 50 zugeführt, um in der gleichen Weise wie in Fig. 2 gezeigt gezählt zu werden. Der Zähler 50 wird in Abhängigkeit der Detektion von d = d&sub0;, d.h. der Detektion des führenden Endes des Körpers, auf 0 gestellt. Der Zählwert Y des Zählers 50 wird einer Programmeinstelleinheit 86 zugeführt, die den durch den Zählwert Y bestimmten Höhensetzwert einem Synchronisationsregelschaltkreis 88 über einen Wahlschalter 87 zuführt. Der Synchronisationsregelschaltkreis 88 treibt die Motoren 78A bis 78C über die Treiber 90A bis 90C rotierend an, so daß jeder der Zählwerte gleich dem Sollwert ist.
Fig. 8 zeigt die Beziehung zwischen der Zeit t und der Höhe H des Richtrohres 40. Der Wahlschalter 87 ist während der Zeit t&sub1; bis t&sub2; auf die Seite der Programmeinstelleinheit 86 gesetzt. Vor t&sub1; und nach t&sub2; ist der Wahlschalter 87 auf die Seite eines nicht gezeigten Regelschaltkreises gesetzt. Falls t < t&sub1; ist, wird die Richtröhre 40 aus ihrer ursprünglichen Position (der Referenzposition) auf H&sub0; mit konstanter Geschwindigkeit abgesenkt, und falls t < t&sub2; ist, wird diese von H&sub1; auf die ursprüngliche Position mit konstanter Geschwindigkeit angehoben.
Obwohl im obengenannten Ausführungsbeispiel der Fall beschrieben ist, daß H linear ansteigt, während Y = 0 Y&sub0; beträgt, kann H auch kurvenförmig in Beziehung zum Verhaltensmuster der Rotationsgeschwindigkeit des Quarztiegels 22 usw. ansteigen. Das kurvenförmige Verhaltensmuster wird basierend auf experimentellen Daten in der gleichen Weise bestimmt wie das lineare Verhaltensmuster.
Es ist unnötig zu erwähnen, daß sowohl das Niveau der Schmelzeoberfläche als auch die Höhe des Richtrohres 40 zweckentsprechend geregelt werden können.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Si-Einkristalls (36) mittels Anordnen eines Richtrohres (40) konzentrisch mit und oberhalb eines Quarztiegels (22), Hinunterfließen lassen von Inertgas durch das Richtrohr, Eintauchen eines Keimkristalls in eine Si-Schmelze (28) in dem Quarztiegel und anschließend Hochziehen des Keimkristalls, wobei das Verfahren weiterhin umfaßt ein Einstellen der Sauerstoffkonzentration in dem Si-Einkristall durch Regeln des Abstandes (H) zwischen der Oberfläche der Si-Schmelze und dem unteren Ende des Richtrohres entsprechend einer Variablen (Y) bei der es sich entweder um einen Hochzieh-Länge oder eine Hochzieh-Zeit von einem bestimmten Wachstumspunkt des Si-Einkristalls handelt, so daß der Abstand (H) während des Kristallwachstums sich erhöht oder auf einem gewünschten Wert (H&sub0; oder H&sub1;) konstant gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Abstand (H) zwischen der Oberfläche in der Si-Schmelze (28) und dem unteren Ende des Richtrohres (40) dadurch geregelt wird, daß das Richtrohr festgehalten und der Quarztiegel (22) angehoben werden, so daß der Abstand (H) während des Kristallwachstums sich erhöht oder auf einem gewünschten Wert (H&sub0; oder H&sub1;) konstant gehalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Abstand (H) zwischen der Oberfläche der Si-Schmelze (28) und dem unteren Ende des Richtrohres (40) dadurch geregelt wird, daß das Niveau des Quarztiegels (22) festgehalten und das Richtrohr angehoben werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Abstand (H) zwischen der Oberfläche der Si-Schmelze (28) und dem unteren Ende des Richtrohres (40) geregelt wird, indem sowohl das Richtrohr als auch der Quarztiegel (22) angehoben werden, so daß der Abstand (H) während des Kristallwachstums sich erhöht oder auf einem gewünschten Wert (H&sub0; oder H&sub1;) konstant gehalten wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Quarztiegel (22) angehoben wird, um ein Niveau der Oberfläche der Si-Schmelze (28) aufrechtzuerhalten, so daß der Abstand (H) während des Kristallwachstums sich erhöht oder auf einem gewünschten Wert (H&sub0; oder H&sub1;) konstant gehalten wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Niveau des unteren Endes des Richtrohres (40) konstant ist, bis das obere Ende eines zylindrischen Abschnittes des Si-Einkristalls (36) detektiert wird, wobei der Abstand (H) zwischen der Oberfläche der Si-Schmelze 28 und dem unteren Ende des Richtrohres entsprechend der Erhöhung der Variablen (Y) während einer Hochzieh-Länge oder einer Hochzieh-Zeit von dem führenden Ende erhöht wird, und wobei das Niveau des Richtrohres konstant ist, bis die Gesamtheit des Si-Einkristalls (36) produziert worden ist, nachdem die Länge hochgezogen worden ist oder die Zeit vergangen ist.

7. Vorrichtung zum Einstellen der Sauerstoffkonzentration in einem Si-Einkristall umfassend einen Quarztiegel (22), der darin Si-Schmelze (28) enthält, und ein Richtrohr (40), das konzentrisch mit dem Quarztiegel (22) und oberhalb davon angeordnet ist und durch welches Inertgas nach unten fließt, und zur Herstellung eines Si-Einkristalls (36) durch Eintauchen eines Keimkristalls in die Si-Schmelze und anschließendes Hochziehen des Keiinkristalls, mit:

einer Einrichtung zum Messen einer Variablen (Z), die entweder eine Hochzieh-Länge oder eine Hochzieh-Zeit von einem bestimmten Wachstumspunkt des Si-Einkristalls ist;

einem Motor (42) zum Anheben des Quarztiegels;

einer Einrichtung (53) zum Setzen eines Durchmessers (d&sub0;) eines Zylinderabschnittes des Si-Einkristalls, eines Innendurchmessers (D) des Tiegels (22), einer Dichte (pS) des Si-Einkristalls, einer Dichte (pM) der Si-Schmelze, einer bestimmten Länge (Y&sub0;) des Si-Einkristalls und einer Konstanten (alpha);

einer Einrichtung zum Berechnen eines Referenzwertes (Vc) der Anhebegeschwindigkeit des Quarztiegels wie folgt:

falls d < d&sub0;, dann Vc = (ps/pm) (d/D)² Vs, wobei Vs die Hochziehgeschwindigkeit des Si-Einkristalls ist,

falls d > d&sub0;, dann falls Z < (1 - alpha) Y&sub0;, dann Vc = {(ps/pm)(d D)2 - alpha} Vs/(1 - alpha), ansonsten Vc = (pS/pM)(d/D)² Vs,

einer Einrichtung zum Regeln der Rotationsgeschwindigkeit des Motors, so daß die Anhebegeschwindigkeit des Quarztiegels gleich dem Referenzwert Vc ist.

8. Vorrichtung zum Einstellen der Sauerstoffkonzentration in einem Si-Einkristall, umfassend einen Quarztiegel (22), der Si-Schmelze (28) darin enthält und ein Richtrohr (40), das konzentrisch mit dem Quarztiegel (22) und oberhalb davon angeordnet ist und durch welches Inertgas nach unten fließt, und zum Produzieren eines Si-Einkristalls (36) durch Eintauchen eines Keimkristalls in die Si-Schmelze und anschließendes Hochziehen des Keimkristalls, mit:

einer Einrichtung zum Messen einer Variablen (Z), bei der es sich entweder um eine Hochzieh-Länge oder eine Hochzieh-Zeit von einem bestimmten Wachstumspunkt des Si-Einkristalls handelt;

Motoren (78A bis 78C) zum Anheben des Richtrohres;

Einrichtungen (80A bis 80C) zum Messen des Niveaus des Richtrohres;

einer Einrichtung (86) zum Setzen eines Referenzniveaus des Richtrohres, um so den Abstand zwischen der Oberfläche der Si-Schmelze und dem unteren Ende des Richtrohres während des Kristallwachstums zu erhöhen oder diesen auf einem konstanten Wert zu halten; und

einer Einrichtung (88) zur Regelung der Rotationsgeschwindigkeit der Motoren, so daß das Niveau des Richtrohres gleich dem Referenzniveau ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei ausgehend von dem führenden Ende eines zylindrischen Abschnitts des Si-Einkristalls (36) das Referenz niveau proportional entsprechend dem Anstieg der Variablen (Z) sich erhöht.

10. Vorrichtung zum Einstellen des Sauerstoffgehalts in einem Si-Einkristall umfassend einen Quarztiegel (22), der Si-Schmelze (28) darin enthält, und ein Richtrohr (40), das konzentrisch mit dem Quarztiegel (22) und oberhalb davon angeordnet ist und durch das Inertgas nach unten fließt, und zum Produzieren eines Si-Einkristalls (36) durch Eintauchen eines Keimkristalls in die Si- Schmelze und anschließendes Hochziehen des Einkristalls, mit:

einem Motor (42) zum Anheben des Quarztiegels;

einer Einrichtung zur Berechnung eines Referenzwertes der Anhebegeschwindigkeit des Quarztiegels, um so das Niveau der Oberfläche der Si-Schmelze konstant zu halten;

einer Einrichtung (54) zum Regeln der Rotationsgeschwindigkeit des Motors, so daß die Anhebegeschwindigkeit des Quarztiegels gleich dem Referenzwert ist;

Einrichtungen (48) und (50) zum Messen einer Variablen (Z), bei der es sich entweder um eine Hochzieh-Länge oder eine Hochzieh-Zeit von einem bestimmten Wachstumspunkt des Si-Einkristalls handelt;

Motoren (78A bis 78C) zum Anheben des Richtrohres;

Einrichtungen (80A bis 80C) zum Messen des Niveaus des Richtrohres;

einer Einrichtung zum Regeln der Rotationsgeschwindigkeit der Motoren (78A bis 78C), so daß das Niveau des Richtrohres gleich ist dem Referenzniveaus.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei ausgehend vom führenden Ende eines zylindrischen Abschnittes des Si-Einkristalls (36) das Referenzniveau proportional entsprechend dem Anstieg der Variablen (Z) erhöht wird.