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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Sauerstoff-Konzentration
eines Einkristall-Blocks (-Stabs), der aus einer Polykristallschmelze einer Halbleiter-Substanz
im Czochralski-Veffahren (CZ-Verfahren) gezogen wird.
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In einer Einkristall-Ziehvorrichtung des Typs, die nach dem Czochralski-Verfahren arbeitet,
zum Wachsen und Aufziehen eines Einkristall-Silicium-Blocks aus einer Silicium-
Polykristall-Schmelze wird ein Silicium-Impfkristall, der am unteren Ende eines Ziehdrahtes
befestigt ist (oder alternativ von einem Ziehschaft getragen wird) ein wenig in die Silicium-
Schmelze eingetaucht, die in einem in einer Kammer bereitgestellten Tiegel aus
synthetischem Quarz enthalten ist, und dieser wird mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit
nach oben gezogen, wobei er mittels des Ziehdrahtes um seine Achse gedreht wird. Dadurch
wird ein Silicium-Einkristall-Stab zum Wachsen und Ansteigen gebracht.
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Bei diesem Typ einer Einkristall-Ziehvorrichtung findet eine chemische Reaktion zwischen
dem Quarztiegel und der Si-Schmelze unter Bildung von SiO statt, das in der Si-Schmelze
gelöst wird. Ein Teil des SiO verdampft aus der Schmelze und vermischt sich mit der
Atmosphäre innerhalb der Kammer, und der andere Teil verbleibt in der Si-Schmelze.
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Wenn sich eine höhere Konzentration an SiO in der Atmosphäre in der Kammer aufbaut,
wird das normale Wachstum des Einkristalls ernsthaft beeinträchtigt. Um dieses Phänomen
zu verhindern, wird die Kammer mittels einer Vakuumpumpe unter verringertem Druck
gehalten, und die Kammer wird gleichzeitig mit einem Inertgas wie beispielsweise Argongas
versorgt, um die Inertheit der Atmosphäre innerhalb der Kammer aufrechtzuerhalten.
Normalerweise ist daher die Kammer mit einem Inertgas gefüllt, und der Druck in der
Kammer wird auf einen Wert von um die 10 Torr herum gehalten.
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In dem Maße, wie das Ziehen des Einkristalls fortschreitet, steigt die Menge an SiO-Gas,
das in der Kammer gebildet wird, an, wodurch der Druck in der Kammer ansteigt. Dies ruft
seinerseits einen Stau der Strömung des Inertgases hervor. Um dieses Phänomen zu
verhindern, wird ein Vakuum-Meßgerät an der Kammer befestigt, um den Druck in der
Kammer zu ermitteln. Auf der Basis des Ergebnisses der Druckmessung wird der
Öffnungsgrad eines Strömungs-Steuerungsventils, das in dem Abzug-System vorgesehen ist,
in einer solchen Weise gesteuert, daß der Druck innerhalb der Kammer immer konstant ist
oder willkürlich geändert wird [Japanische Druckschrift Kokai Nr. 61-I 17, lgl (1986)].
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Nun ist es im Hinblick auf die Sauerstoff-Konzentration eines Einkristalls bekannt, daß in
dem Maße, in dem das Ziehen des Einkristalls fortschreitet und sich das Niveau der Si-
Schmelze erniedrigt, die Menge an SiO in der Si-Schmelze, die praktisch die Sauerstoff-
Menge in der Schmelze bestimmt, sinkt, und dies führt zu einem fortschreitenden Rückgang
der Sauerstoff-Konzentration in dem wachsenden Einkristall-Block. Folglich geht die axiale
Gleichmäßigkeit der Sauerstoff-Konzentration verloren, und der am hinteren Ende des
Blocks liegende Bereich kann schließlich bei einer Sauerstoff-Konzentration liegen, die
geringer ist als der erlaubte Minimalwert.
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Im Rahmen der herkömmlichen Technologie wurde nur der Strom des Inertgases gesteuert,
und es war folglich nicht möglich, dieses Problem einer ungleichen Sauerstoff-Konzentration
zu lösen. Wenn die Sauerstoff-Konzentration des Einkristalls mit einer ausreichend hohen
Präzision gesteuert werden soll, muß eine extrem komplizierte Steuerung des Drucks
innerhalb der Kammer im Verlauf des Fortschreitens des Einkristall-Ziehverfahrens
durchgeführt werden.
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Die Druckschrift FR-A 2,038, 156 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter-
Einkristalls beispielsweise aus Si oder Ge, der eine vorbestimmte Versetzungskonzentration
aufweist und einen einheitlichen spezifischen Widerstand über den gesamten gezogenen
Kristall hat. Dies wird dadurch erreicht, daß man den Druck der Inertgas-Atmosphäre,
beispielsweise der Atmosphäre aus Ar oder He, gemäß einem vorbestimmten Muster
während des Ziehens des Kristalls steuert.
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Die JP-A 61/117,191 offenbart eine Vorrichtung zur Herstellung eines Silicium-Einkristalls,
die aufweist: Eine Kohlenstoff-Heizvorrichtung und eine Steuereinrichtung zur Steuerung des
Öffnungsgrads eines ersten Ventils zur Steuerung der Strömungsgeschwindigkeit, um immer
eine feste Menge an gasförmigem Ar in eine Kammer einzuführen, und zur Steuerung eines
zweiten Ventils zur Steuerung der Strömungsgeschwindigkeit, um den Druck in der Kammer
auf einen immer festen Wert oder auf einen wahlweisen Wert einzustellen, indem man den
Leitwert in einem Leitungssystem ändert. Wenn das Ziehen eines Si-Einkristalls
fortschreitet, steigt trendmäßig die Erzeugung des Reaktionsprodukts an. In dieser Stufe wird
ein Ausgangssignal aus einem Manometer der Kontrollvorrichtung (oder
Regelungsvorrichtung) zugeleitet, und der Öffnungsgrad des zweiten Ventils zur Steuerung der
Strömungsgeschwindigkeit wird durch die Steuereinrichtung oder Regeleinrichtung erhöht.
So wird der Druck in der Kammer bei einem nahezu festen Wert gehalten.
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Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, ein Verfahren zur Steuerung der Sauerstoff-
Konzentration mit hoher Präzision in einem Einkristall-Block (-Stab), der aus einer
Polykristall-Schmelze einer Halbleiter-Substanz in einem Czochralski-Verfahren (CZ-
Verfahren) gezogen wird, zu schaffen.
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Genauer gesagt, hat die Erfindung zum Ziel, ein Veffahren zu schaffen, das eine
willkürliche Steuerung der axialen Verteilung der Sauerstoff-Konzentration in dem
Einkristall-Block ermöglicht und es so ermöglicht, einen Einkristall-Block wachsen zu
lassen, in dem die Sauerstoff-Konzentration über die gesamte Länge des Blocks innerhalb
eines erlaubten Bereichs liegt.
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Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Steuerung der Sauerstoff-Konzentration
eines Einkristalls bereit, der in einer Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls des Typs
gezogen wird, die nach dem Czochralski-Veffahren arbeitet und eine hermetisch
abgeschlossene Kammer, in der der Einkristall gezogen wird, und ein Inertgas-Einspeisungs- und
-Auslaßsystem aufweist, mittels dessen ein Inertgas der hermetisch abgeschlossenen Kammer
zugeführt und aus dieser ausgelassen wird, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist,
daß der pneumatische Druck in der hermetisch abgeschlossenen Kammer und die
Einspeisungsrate des Inertgases in Übereinstimmung mit einem bereitgestellten
Steuerungsmuster gesteuert werden
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(i) bezüglich des Verhältnisses der gewachsenen Länge des Kristalls zu seiner
angestrebten endgültigen Länge, oder
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(ii) bezüglich des Zeitlaufs, wobei das bereitgestellte Steuerungsmuster programmiert
wird auf der Basis der folgenden linearen Gleichung:
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Oi = aS + bP + cF + d
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worin O die Sauerstoffkonzentration ist, S für das Verhältnis der Länge des Kristalls zu
dessen angestrebter Endlänge steht, P für den pneumatischen Druck in der hermetisch
abgeschlossenen Kammer steht, F für die Einspeisungsgeschwindigkeit des Inertgases steht
und a, b, c und d empirisch ermittelte Koeffizienten sind.
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Vorzugsweise wird das bereitgestellte Steuerungsmuster im Speicher einer Zentralrechner-
Einheit (CPU) programmiert, und der Steuerschritt wird durchgeführt in Übereinstimmung
mit Befehlssignalen aus der zentralen Prozeßeinheit.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das bereitgestellte Steuerungsmuster derart, daß
der pneumatische Druck in der hermetisch abgeschlossenen Kammer verändert wird,
während die Zufuhrgeschwindigkeit des Inertgases unverändert gehalten wird.
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Alternativ dazu wird das bereitgestellte Steuerungsmuster derart programmiert, daß die
Zufuhrgeschwindigkeit des Inertgases verandert wird, während der pneumatische Druck in
der hermetisch abgeschlossenen Kammer unverändert gehalten wird.
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Gemäß der Erfindung ist es nun möglich, das Wachstum des Einkristall-Stabs in einer
solchen Weise zu regulieren, daß die Sauerstoff-Konzentration des Einkristall-Stabs über
seine gesamte Länge innerhalb eines gewünschten Bereichs liegt. Beispielsweise wird im Fall
des Wachsenlassens eines Si-Einkristall-Stabs in dem Maße, in dem der Anteil der
gewachsenen Länge des Kristalls zu dessen beabsichtigter Endlänge ansteigt, der Druck in
der Kammer kontrolliert erhöht, und/oder die Strömungsgeschwindigkeit des der Kammer
zugeführten Inertgases wird kontrolliert verringert, sodaß die Verdampfungsgeschwindigkeit
von SiO in der Kammer sinkt, während die Konzentration an SiO, das in der Si-Schmelze
in dem Tiegel zurückbleibt, steigt. Dies hat zum Ergebnis, daß der Rückgang der Sauerstoff-
Konzentration des Einkristalls in dessen Längsrichtung unterdrückt wird.
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Die Erfindung wird nun weiter - nur beispielhaft - unter Bezugnahme auf die beigefügten
Figuren beschrieben. Es zeigen:
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- Figur 1 ein Blockdiagramm, das den Aufbau der Vorrichtung zur Steuerung der
Sauerstoff-Konzentration zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung
zeigt;
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- Figur 2 eine Graphik, die die Veränderung der Argongas-Strömungsgeschwindigkeit,
bezogen auf die Wachstumslänge des Einkristall-Blocks, zeigt; und
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- Figur 3 eine Graphik, die die Verteilung der Sauerstoff-Konzentration über die Länge
des gewachsenen Einkristall-Blocks zeigt.
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Eine Ausführungsform der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Figuren
beschrieben.
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Die Bezugsziffer 1 bezeichnet eine Einkristall-Ziehvorrichtung, die nach dem CZ-Verfahren
arbeitet. Darin wird eine Ziehkammer 3 oberhalb einer Kammer 2 und in koaxialer
Anordnung mit dieser bereitgestellt, wobei beide Kammern aus nicht-rostendem Stahl
hergestellt sind. Ein Quarztiegel 4, der die Halbleitersubstanz 10 enthält, wird von einem
Trägerschaft 5 in der Kammer 2 getragen. Der Trägerschaft 5 ist dafür ausgelegt, daß er
sich um seine Achse drehen und in axialer Richtung verschoben werden kann. Wenn der
Quarztiegel 4 immer auf der ursprünglichen Höhe gehalten würde, würde sich das Niveau
der Schmelze in dem Quarztiegel 4 beim Wachstum eines Einkristalls 9 allmählich nach
unten verschieben, bezogen auf die Stellung der Heizvorrichtung 6. Dies führte zu einer
Instabilität des thermischen Feldes um den Kristall und die Schmelze 10. Daher ist der
Trägerschaft 5 dafür eingerichtet, den Tiegel in axialer Richtung zu verschieben, so daß die
Verschiebung des Höhenniveaus der Schmelze (Grenzfläche fest/flüssig) nach unten durch
ein kontinuierliches Anheben des Tiegels 4 kompensiert wird, so daß das Höhenniveau der
Grenzfläche während des Wachstums stationär ist, bezogen auf die Position der
Heizvorrichtung 6.
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Um die Heizvorrichtung 6 ist ein zylindrischer thermischer Isolator 7 vorgesehen; beide sind
aus Kohlenstoff hergestellt.
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Im oberen Teil der Kammer 2 ist ein Ausblasrohr 8 zur Zufuhr von Argongas vorgesehen,
und zwar vertikal und in koaxialer Ausrichtung mit der Wachstumsrichtung des Einkristalls
9, der in das Ausblasrohr 8 angehoben wird. Während der Verfahrensweise des Ziehens des
Einkristalls wird die Höhenposition des Tiegels in der Weise gesteuert, daß das untere Ende
des Ausblasrohres 8 immer in der Nachbarschaft kurz oberhalb der Oberfläche der Schmelze
der Si-Polykristall-Schmelze 10 liegt.
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Ein Kristallkeim 12 ist am unteren Ende eines Ziehdrahtes 11 fixiert, der innerhalb des
Ausblasrohres 8 hängt. Der Draht 11 wird in Rotation versetzt und vertikal mit
verschiedenen Geschwindigkeiten mittels eines Antriebsmechanismus bewegt; letzterer ist aus
Vereinfachungsgründen nicht gezeigt.
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Argongas wird der Ziehkammer 3 und der Kammer 2 aus einer Argongas-Zufuhrquelle 13
zugeführt, beispielsweise aus einem Gaszylinder. Dies geschieht mittels einer Zufuhrleitung
14, die mit einer Vorrichtung zur Steuerung des Massenstroms (mass flow controller; MFC)
15 und einem Ventil 16 versehen ist. Die Vorrichtung zur Steuerung des Massenstroms
(MFC) 15 kann die Strömungsgeschwindigkeit des Ar-Gases auf einen bestimmten Wert
steuern.
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Das so zugeführte Ar-Gas und das SiO-Gas, das aus der Schmelze verdampft, werden aus
der Kammer 2 mittels einer Vakuumpumpe 18 abgezogen. In einer Abgasleitung 19, die die
Kammer 2 mit der Vakuumpumpe 18 verbindet, ist ein Leitfähigkeits-Ventil 20 vorgesehen,
das aus einem elektrisch betriebenen Flügelventil 21 und einem elektrisch betriebenen
Nadelventil 22 besteht, wobei die Ventile 21 und 22 parallel zueinander angeordnet sind.
Das Nadelventil 22 wird mittels eines Schrittschalt-Motors (pulse motor) 23 betrieben, so
daß der Vorgang des Öffnens dieses Ventils präzise gesteuert wird.
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Es ist möglich, das Leitfahigkeitsventil 20 durch ein einzelnes elektrisch gesteuertes
Flügelventil oder ein elektrisch gesteuertes Kugelventil zu ersetzen.
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Ein Druckfühler 24 ist an der Kammer 2 befestigt, um den Innendruck (negativen Druck)
in der Kammer 2 zu ermitteln.
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In Figur 1 bezeichnet die Bezugsziffer 25 eine Zentralrechner-Einheit (central processing
unit; CPU) 25, die eine Steuerungseinrichtung darstellt, die dafür eingerichtet ist, den
Innendruck in der Kammer 2 und/oder die Ar-Gas-Strömungsgeschwindigkeit in der Weise
zu steuern, daß sie das Öffnen des Nadelventils 22 hauptsächlich in Reaktion auf den von
dem Druckfühler 24 ermittelten Druckwert in Übereinstimmung mit einem Steuerungsmuster
steuert, das der Länge des wachsenden Einkristall-Blocks entspricht.
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Im einzelnen wird der Druckwert (Analogwert), der durch den Druckfühler 24 ermittelt
wurde, durch einen A/D-Wandler 26 digitalisiert und als Eingangswert der Zentralrechner-
Einheit (CPU) 25 zugeführt. Die Zentralrechner-Einheit (CPU) 25 gibt in Reaktion auf den
ermittelten Druckwert ein Steuerungssignal ab. Dieses Steuerungssignal wird durch einen
Impulsverstarker 27 verstarkt und als Eingangswert in den Schrittschalt-Motor (pulse motor)
23 eingegeben. Dieser betreibt anschließend das Nadelventil 22 unter Steuern von dessen
Öffnung auf der Basis des erhaltenen Steuerungssignals. Im Ergebnis wird der Innendruck
in der Kammer 2 und/oder die Ar-Gas-Strömungsgeschwindigkeit in Übereinstimmung mit
dem Steuerungsmuster gesteuert. Wenn der Öffnungsgrad des Nadelventils 22 verringert
wird, steigt der Druck innerhalb der Kammer an, und die Strömungsgeschwindigkeit des Ar-
Gases wird verringert.
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Wenn es nicht möglich ist, den Druck der Kammer 2 alleine dadurch zu steuern, daß man
nur den Öffnungsgrad des Nadelventils 22 einstellt, wird der Öffnungsgrad der
Steuerungseinheit für den Massenstrom (mass flow controller; MFC) 15 so eingestellt, daß die Ar-
Strömungsgeschwindigkeit verändert wird, wodurch der Druck in der Kammer 2 gesteuert
wird.
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Die Strömungsgeschwindigkeit des Ar-Gases (Analogwert), die durch die Einheit zur
Steuerung des Massenstroms 15 ermittelt wird, wird über einen A/D-Wandler 29 digitalisiert
und der Zentralrechner-Einheit (CPU) 25 als Feedback zugeführt. Die Zentralrechner-Einheit
(CPU) 25 vergleicht diese ermittelte Ar-Gas-Strömungsgeschwindigkeit mit einem
Bezugswert für die Ar-Gas-Strömungsgeschwindigkeit und erzeugt ein Steuerungssignal
(digitales Signal) auf der Basis des Ergebnisses des Vergleichs. Danach wird dieses digitale
Steuerungssignal durch einen D/A-Wandler 30 in ein analoges Signal umgewandelt und als
Eingangswert der Steuerungseinheit für den Massenstrom (MFC) 15 zugeführt und so der
eingestellte Wert erneuert, auf den die Ar-Gas-Strömungsgeschwindigkeit eingeregelt wird.
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Die durch die Steuerungseinheit für den Massenstrom (MFC) 15 ermittelte Ar-Gas-
Strömungsgeschwindigkeit und der durch den Druckfühler 24 ermittelte Innendruck in der
Kammer 2 werden alternativ auf der Anzeigevorrichtung 32 durch Umschalten des Schalters
31 angezeigt.
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Um den Si-Einkristall 9 mittels des CZ-Verfahrens in der Vorrichtung 1 zum Ziehen eines
Einkristalls zu ziehen, werden Klumpen aus polykristallinem Silicium mit geeigneter Größe
in den Tiegel 4 eingefüllt und mittels der Heizvorrichtung 6 geschmolzen. Danach wird der
Kristallkeim 12, der mit dem unteren Ende des Drahtes 11 verbunden ist, abgesenkt, bis er
in Kontakt mit der in dem Tiegel 4 enthaltenen Si-Schmelze 10 kommt. Nachdem das untere
Ende des Kristallkeims 12 teilweise geschmolzen ist, wird die Schmelztemperatur in einem
solchen Maß erniedrigt, daß der Kristallkeim nicht weiter schmilzt. Danach wird der den
Kristallkeim tragende Draht mit einer gegebenen Geschwindigkeit nach oben gezogen, und
an den Kristallkeim wächst ein Einkristall, während der Kristall und die Schmelze in Bezug
aufeinander in Gegenrichtung rotieren. Während dieses Verfahrensschritts wird der Kammer
2 Ar-Gas durch das Ausblasrohr 8 zugeführt. Dieses Ar-Gas und das aus der Schmelze
verdampfende SiO-Gas werden aus der Kammer 2 mittels der Vakuumpumpe 18 abgezogen.
In dem Maße, in dem der Verfahrensschritt des Ziehens des Einkristalls fortschreitet,
verschiebt sich das Oberflächenniveau der Schmelze nach unten, relativ zu dem Tiegel. Im
Ergebnis steigt das Verhältnis der Oberfläche zum Volumen der Si-Schmelze allmählich an,
wodurch die Konzentration an SiO (oder Sauerstoff-Konzentration) in der Si-Schmelze 10
sinkt. Dies führt zu einem allmählichen Rückgang der Sauerstoff-Konzentration in dem
Einkristall 9.
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Im Hinblick darauf, dieses Phänomen eines allmählichen Rückgangs der Sauerstoff-
Konzentration in dem Einkristallblock mit der Zeit zu verhindern, wurden Experimente
durchgeführt, und es wurde das folgende Ergebnis erhalten: Der Grad der Öffnung des
Nadelventils 22 wurde in der Weise gesteuert, daß der Druck in der Kammer 2 konstant
gehalten wurde (100 mbar), und die Ar-Gas-Strömungsgeschwindigkeit wurde allmählich in
Übereinstimmung mit dem Verlauf der in Figur 2 gezeigten Kurve mittels der
Steuerungseinheit 15 des Massenstroms (MFC) in dem Maße abgesenkt, in dem der Einkristall-Block
durch Wachstum länger wurde. Die Analyse der Sauerstoff-Konzentration des resultierenden
Silicium-Einkristall-Blocks (Figur 3) zeigte, daß die Sauerstoff-Konzentration nicht mit der
Zeit abnahm, sondern mit niedriger Geschwindigkeit in dem Maße zunahm, in dem die
Kristallisation fortschritt. Die Achse der Abszisse stellt die Prozentzahl der Wachstumslänge
des Blocks dar, bezogen auf dessen Endlänge. Es wird postuliert, daß die Sauerstoff-
Konzentration zunahm und nicht abnehmend gehalten wurde, da in dem Maße, in dem die
Ar-Gas-Strömungsgeschwindigkeit zurückging, die Menge an verdampftem SiO-Gas in der
Kammer 2 ebenfalls absank, wodurch die Menge an in der Si-Schmelze 10 verbleibendem
SiO anstieg und mehr Sauerstoff in den Einkristall 9 eintreten konnte.
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Wie oben beschrieben, ist es möglich, die Ar-Gas-Strömungsgeschwindigkeit in
Übereinstimmung mit einem Steuerungsmuster zu steuern, das ähnlich dem von Figur 2 ist und in
der Zentralrechner-Einheit (CPU) 25 gespeichert ist, so daß es möglich ist, die Sauerstoff-
Konzentration des Einkristall-Blocks nach Durchführung von Versuchsschritten willkürlich
zu steuern. Folglich kann die Sauerstoff-Konzentration über die gesamte Länge des
Einkristalls 9 in der Weise gesteuert werden, daß sie innerhalb eines gewünschten Bereichs
liegt.
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Da durch Erhöhung des Drucks in der Kammer 2 die Verdampfungsgeschwindigkeit des SiO
sinkt, ist es auch möglich, ein ähnliches Ergebnis wie oben dadurch zu erhalten, daß man
den Grad der Öffnung des Nadelventils 22 steuert, statt die
Ar-Gas-Strömungsgeschwindigkeit an der Steuerungseinheit 15 für den Massenstrom (MFC) zu steuern, und zwar in
Übereinstimmung mit einem in der Zentralrechner-Einheit (CPU) gespeicherten Muster.
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Das Steuerungsmuster, gemäß dem die Änderungen des Drucks in der Kammer 2 und/oder
die Ar-Gas-Strömungsgeschwindigkeit bestimmt werden, wird vorab in einem Speicher der
Zentralrechner-Einheit (CPU) programmiert, und die Art der Bestimmung eines solchen
Musters erfolgt mittels der nachfolgend beschriebenen Verfahrensweise.
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Wenn P für den Druck in der Kammer 2 steht, F für die Ar-Gas-Strömungsgeschwindigkeit
steht, S für die gewachsene Länge des Einkristall-Blocks, dividiert durch dessen Endlänge
steht, und O- für die Sauerstoff-Konzentration steht, dann wurde empirisch bestätigt, daß Oi
bei S gegeben ist durch die folgende lineare Gleichung (1):
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Oi = aS + bP + cF + d (1)
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worin a, b, c und d empirisch erhaltene Koeffizienten sind.
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Ein Beispiel von Gleichung (1) kann das folgende sein:
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Oi = - 0,1 S + 0,03 P - 0,01 F + 20 (2)
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Da die Koeffizienten a, b, c und d in Abhängigkeit von verschiedenen Bedingungen
modifiziert werden wie beispielsweise verschiedenen Arten einer Ziehvorrichtung und
unterschiedlicher Ziehbedingungen, müssen diese Koeffizienten in Reaktion auf verschiedene
Verfahrensbedingungen und andere Bedingungen bestimmt werden.
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Beispielsweise wurde in einem Versuch bei Konstanthalten des Drucks P und der Ar-Gas-
Strömungsgeschwindigkeit F die Sauerstoff-Konzentration Oi bezüglich unterschiedlicher
Prozentzahlen S gemessen. Danach wurde die gemessene Sauerstoff-Konzentration Oi
aufgetragen, und der Koeffizientenwert a wurde als allgemeiner Gradient der Kurve erhalten,
d. h. ∂ Oj/∂ S = a. In ähnlicher Weise wird unter Konstanthalten der
Ar-Gas-Strömungsgeschwindigkeit
F und der Prozentzahl S die Sauerstoff-Konzentration O in Bezug auf
verschiedene Drücke P gemessen. Der Wert des Koeffizienten b wird erhalten als Gradient
der Kurve der Auftragung von Oi gegen P, d. h. ∂ Oj/∂ P = b. Danach wird unter
Konstanthalten des Drucks P und der Prozentzahl S die Sauerstoff-Konzentration O in Bezug
auf verschiedene Werte der Strömungsgeschwindigkeit F gemessen. Der Wert des
Koeffizienten c wird bestimmt als Gradient der Kurve der Auftragung von O gegen F, d.
h. ∂ Oi/∂ F = c.
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Verschiedene Schätzwerte für d werden aus Gleichung (1) dadurch erhalten, daß man in der
Gleichung die Werte für a, b und c sowie die tatsächlich gemessenen Werte von S, P und
F einsetzt. Der gewünschte Wert für die Konstante d wird bestimmt als arithmetisches Mittel
dieser Schätzwerte für d.
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Nachfolgend wird ein vereinfachtes Verfahren zum Erhalt eines Steuerungsmusters
beschrieben, das bei Beachtung zur Herstellung eines Einkristallblocks führt, in dem die
Sauerstoff-Konzentration in Bezug auf die Achse des Blocks einheitlich ist.
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Zum ersten wird ein Einkristall-Block unter Bedingungen gezüchtet, bei denen der Druck
P in der Kammer 2 und die Ar-Gas-Strömungsgeschwindigkeit F konstant gehalten werden,
und die Sauerstoff-Konzentration Oi wird gemessen und in Bezug auf S aufgetragen,
wodurch ein Oi-Profil erhalten wird. Danach wird S in kleine Segmente mit einer Breite von
ΔS aufgeteilt, und die Sauerstoff-Konzentration Oi entsprechend den S-Wert an jedem
Inkrement-Ende des Segments ΔS wird erhalten.
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Wenn es beabsichtigt ist, daß die Sauerstoff-Konzentration Oi auf einen gewünschten
konstanten Wert Oi 0 durch Variation des Drucks P allein angesteuert und bei diesem Wert
gehalten wird, während die Ar-Strömungsgeschwindigkeit unverändert bei Fc gehalten wird,
wird die folgende Verfahrensweise durchgeführt: Wenn man annimmt, daß der
Anfangszustand so ist, daß P = P0 ist, Oi = Oi0 ist und S = S0 ist, dann wird der Anstieg ΔP von
P0, der veranlassen würde, daß die Sauerstoff-Konzentration bei Fc um ΔOi ansteigt,
welches die Differenz zwischen Oi0 und den gemessenen Wert Oi1 beim Anstiegsende des
ersten Segments ΔS ist, aus der Gleichung (1) oder (2) und dem Oi-Profil erhalten. Mit
anderen Worten: Der Wert ΔP wird erhalten durch die folgende Verfahrensweise:
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Oi0 = aS0 + bP0 + cFc + d (3)
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Oi1 = aS + bP + cFc + d (4)
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Eine Substraktion der Gleichung (3) von der Gleichung (4) ergibt:
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Oi1 - Oi0 = a(S - S0) + b(P - P0)
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oder
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Oi1 - Oi0 = aΔS + bΔP
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und folglich
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ΔP = (Oi1 - Oi0 - aΔS)b
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Dieselbe Verfahrensweise wird wiederholt in Bezug auf das zweite Segment ΔS, und so
weiter. Jeder resultierende Anstieg ΔP wird dem vorangehenden Wert P0 + ΣΔP
hinzuaddiert, und so wird das gewünschte Steuerungsmuster für P erhalten. Ein derartiges
Steuerungsmuster wird im Speicher der Zentralrechner-Einheit (CPU) 25 gespeichert, und
in Übereinstimmung mit dem Steuerungsmuster wird der Druck P in der Kammer 2 auf die
gewünschten Werte angesteuert, die einen konstanten Wert Oi0 ergeben.
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In ähnlicher Weise kann die vergleichbare Steuerung der Ar-Gas-Strömungsgeschwindigkeit
F unter Konstanthalten des Drucks P in der Kammer 2 eine einheitliche Sauerstoff-
Konzentration Oi über den ganzen Block ergeben. Es sollte jedoch angemerkt werden, daß
in diesem Fall - anders als im Fall der Steuerung durch den Druck P in der Kammer - die
Ar-Strömungsgeschwindigkeit F abgesenkt statt erhöht werden sollte, um eine konstante
Sauerstoff-Konzentration zu erhalten.
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Obwohl in der oben beschriebenen Ausführungsform der Erfindung die Steuerung der
Sauerstoff-Konzentration über die Lange des Einkristall-Blocks in Bezug auf das Verhältnis
der gewachsenen Länge durchgeführt wird, bezogen auf die beabsichtigte Endlänge, ist es
möglich, dasselbe auch in Bezug auf die Zeit durchzuführen, die vom Beginn des
Ziehschrittes abgelaufen ist.
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Wie aus der obigen Beschreibung klar ableitbar ist, stellt die Erfindung ein Verfahren bereit,
welches eine willkürliche Steuerung der Sauerstoff-Konzentration in Bezug auf die Achse
des Einkristall-Blocks ermöglicht, der in einer Ziehvorrichtung des CZ-Typs gezogen wird.