DE68908435T2 - Vorrichtung und Verfahren zum Kristallziehen. - Google Patents

Description

• Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ziehen eines Halbleiterkristalls, wie eines Siliziumkristalls, und insbesondere eine Vorrichtung mit einem Doppelstruktur-Ziehtiegel, der in innere und äußere Kammern unterteilt ist, sowie ein Verfahren zum Steuern bzw. Einstellen des spezifischen Widerstands sowie anderer Kristalleigenschaften mittels der Kristallziehvorrichtung.
• Die Czochralski- oder CZ-Technik ist als Verfahren zum Züchten eines stabförmigen Halbleitereinkristalls aus einer Schmelze in einem Tiegel herkömmlich bekannt. Wie auf diesem Fachgebiet bekannt, kann die Fremdatom- oder Dotierstoffkonzentration C in der Längsrichtung des mittels dieses Verfahrens gezüchteten Einkristalls wie folgt ausgedrückt werden:
• C = kCo(1-G)k-1
• Darin bedeuten: k = Verteilungskoeffizient des Dotierstoffs; Co = anfängliche Fremdatomkonzentration der Schmelze; und G = Erstarrungs- oder Verfestigungsverhältnis. Wenn der Wert von k klein ist, variiert die Fremdatomkonzentrationsverteilung in der Längsrichtung des gezüchteten Einkristalls erheblich, wobei als Folge davon das Ausbringen an Einkristall des gewünschten Fremdatomkonzentrationsbereichs (oder Bereichs des spezifischen Widerstands, wenn das Fremdatom ein elektrisch aktives Material ist, d.h. leitfähiges Fremdatom) beträchtlich herabgesetzt sein kann.
• Mit dem Ziel der Lösung dieses Problems ist ein Schwimmtyp- Doppelziehtiegelverfahren, bei dem der Oberflächenspiegel der Schmelze in einem Innenziehtiegel konstant bleibt, für die Anwendung beim Züchten eines Einkristalls aus Germanium oder Silizium vorgeschlagen worden, wie es im folgenden Dokument offenbart ist:
• Solid-State Electronics Pergamon Press 1963; Band 6, S. 163-167; gedruckt in Großbritannien
• GENERAL CONSIDERATIONS CONCERNING THE DOUBLE-CRUCIBLE METHOD TO GROW UNIFORMLY DOPED GERMANIUM CRYSTALS OF HIGH PRECISION
• H.F. MATARE
• Bendix Research Laboratories Division, Southfield, Michigan
• (Ausgegeben am 10.9.1962, in revidierter Form am 8.11.1962)
• Das Doppelziehtiegelverfahren ist im folgenden anhand von Fig. 14 im einzelnen beschrieben. Gemäß Fig. 14 ist ein innerer Ziehtiegel 2 als schwimmender oder floatierender Ziehtiegel innerhalb eines äußeren Ziehtiegels 1 angeordnet, wobei im Boden des inneren Ziehtiegels 2 eine kleine Öffnung 3 geformt ist. Wenn z.B. ein Kristall 6 aus einer im inneren Ziehtiegel 2 enthaltenen Schmelze 4 gezogen wird, wird der Ausgleich bzw. das Gleichgewicht des Auftriebs des inneren Ziehtiegels 2 und der Schwerkraft zur Aufrechterhaltung des Oberflächenspiegels h der Schmelze im inneren Ziehtiegel genutzt. Ferner wird dabei der äußere Ziehtiegel relativ zum festgelegten inneren Ziehtiegel so angehoben, daß Schmelze 5 vom äußeren Ziehtiegel dem inneren Ziehtiegel in der Weise zugespeist wird, daß der Oberflächenspiegel h der Schmelze im inneren Ziehtiegel konstant bleibt. Wenn die Fremdatomkonzentration der Schmelze 5 im äußeren Ziehtiegel zu Co und die Fremdatomkomzentration der Schmelze 4 im inneren Ziehtiegel zu Co/k (mit k = Verteilungskoeffizient) vorausgesetzt werden, so wird im Ziehvorgang, in welchem der Oberflächenspiegel h der Schmelze konstant bleibt, die in den gezogenen Kristall 6 eingeführte Fremdatomkonzentration zu Co, wodurch sichergestellt wird, daß die Schmelze (reines Silizium oder Germanium) und das zum Züchten des Kristalls benutzte Fremdatom in stets gleichen Mengen aus der Schmelze 5 im äußeren Ziehtiegel der Schmelze 4 im inneren Ziehtiegel zugespeist werden. Infolgedessen wird die Fremdatomkonzentration der im inneren Ziehtiegel enthaltenen Schmelze 4 auf Co/k gehalten, so daß die Fremdatomkonzentration des gezogenen Kristalls 6 auf einer konstanten Größe Co gehalten wird bzw. bleibt.
• Im Ziehvorgang wird jedoch ein Teil der Schmelze verbraucht, so daß ihr Oberflächenspiegel absinkt. Nachdem der untere äußere Abschnitt des inneren Ziehtiegels 2 mit dem unteren inneren Abschnitt des äußeren Ziehtiegels 1 in Berührung gelangt ist, kann die Fremdatomkonzentration nicht konstantgehalten werden, so daß die Fremdatomkonzentration des Kristalls 6 mit zunehmendem Erstarrungsverhältnis variiert (d.h. sich erhöht). Genauer gesagt: die Fremdatomkonzentration kann nur innerhalb des folgenden Bereichs des Erstarrungsverhältnisses G konstant bleiben:
• 0 ≤ G ≤ 1 - (h/H) ....(1)
• Darin bedeuten: H = anfänglicher Oberflächenspiegel der Schmelze im äußeren Ziehtiegel, und h = Oberflächenspiegel der Schmelze im inneren Ziehtiegel, der während des Ziehvorgangs konstantgehalten oder konstant bleiben soll. Im Fall der Durchführung des Schwimmtyp-Doppelziehtiegelverfahrens unter Verwendung eines als Donator oder Akzeptor wirkenden Fremdatoms zum Züchten eines Kristalls eines konstanten spezifischen Widerstands in der Längsrichtung kann mithin der spezifische Widerstand nur dann konstantgehalten werden, wenn das Erstarrungsverhältnis kleiner ist als 0,6 - 0,7; nachdem das Erstarrungsverhältnis diesen Wert überschritten hat, verändert sich der spezifische Widerstand beträchtlich.
• Ein anderes Einkristall-Züchtungsverfahren ist die tiegelfreie Zonenschmelztechnik (FZ-Technik); mit dieser Technik ist es möglich, einen stabförmigen Einkristall einer konstanten Fremdatomkonzentration in der Längsrichtung zu züchten. Dabei kommt es aber im allgemeinen vor, daß die Verteilung des Dotierstoff-Fremdatoms im radialen Querschnitt eines nach der FZ-Technik erhaltenen Einkristalls im Vergleich zu einem nach der CZ-Technik erhaltenen Einkristall ungleichmäßig ist. Beispielsweise beträgt im Fall einer Si-Einkristallscheibe eines Durchmessers von 12,7 cm (5"), deren Wachstumsrichtung (111) durch Miller-Indizes repräsentiert ist, die Verteilung Δp in einer Ebene (in-plane distribution) des durch Widerstandsmessung mit Hilfe von vier Sonden ermittelten spezifischen Widerstands p bei Anwendung der CZ-Technik 6 - 15%, während sie bei Anwendung der FZ-Technik eine Größe von 20 - 50% aufweist. In diesem Fall von Δq = (pmax - pmin)/pmin beträgt die durch die Streuungswiderstandsmessung herbeigeführte Widerstandsvariation DpSR in einer Ebene (in-plane) 10 - 20% beim CZ-Kristall, während sie beim FZ-Kristall eine Größe von 30 - 50% besitzt.
• Bei Anwendung der CZ-Technik zum Züchten eines Silizium-Einkristalls wird Sauerstoff in (einer Menge von) 1 x 10¹&sup8; Atome/cm³ aus dem die Schmelze enthaltenden Quarz-Ziehtiegel in den Kristall eingeführt; bei Anwendung der FZ-Technik wird die Einführung von Sauerstoff auf ein Mindestmaß unterdrückt, weil die Schmelze mit dem Ziehtiegel nicht in unmittelbarer Berührung steht. Da die Einführung von Sauerstoff in den Siliziumkristall ein Härten der Scheibe bewirken kann, kann eine nach der FZ-Technik erhaltene Scheibe - d.h. eine solche mit weniger Sauerstoff, die deshalb weicher ist - sich bei der Wärmebehandlung verziehen, wobei ein Verrutschen (slippage) leichter als bei einer nach der CZ-Technik erhaltenen Scheibe auftritt.
• Zur Lösung der mit der CZ-Technik, dem Schwimmtyp-Doppelziehtiegelverfahren und der FZ-Technik verbundenen Probleme haben die Erfinder vorliegender Erfindung (bereits) eine Kristallziehvorrichtung mit einer neuartigen integrierten bzw. einheitlichen Doppelziehtiegelstruktur vorgeschlagen (vgl. EP-A 0 261 498). Da der Gegenstand dieses Dokuments das Prioritätsdatum vom 22.9.1986 trägt und am 30.3.1988 veröffentlicht worden ist, stellt dieses Dokument einen Stand der Technik nur im Sinne von Art. 54(3) EPÜ dar. Die parallelen, verwandten japanischen Patentveröffentlichungen (Kokai) sind die japanischen Patentveröffentlichungen Nr. 63-95195, 01-43796 und 01-72487). Mit der vorliegenden Erfindung werden die Erfindungen gemäß den oben angegebenen Patentanmeldungen verbessert.
• Eine Aufgabe dieser Erfindung ist die Schaffung einer Kristallziehvorrichtung, mit welcher der spezifische Widerstand eines gezüchteten Halbleitereinkristalls in der Radialrichtung vergleichsweise konstantgehalten werden kann und der spezifische Widerstand in seiner Längsrichtung oder der spezifische Widerstand und andere Eigenschaften gesteuert werden können.
• Eine andere Aufgabe dieser Erfindung ist die Schaffung eines Kristallziehverfahrens zum Züchten oder Ziehen eines Einkristalls, bei dem z.B. der spezifische Widerstand bei hohem Ausbringen innerhalb eines gewünschten Bereichs einstellbar ist. Diese Aufgaben werden durch die in den unabhängigen Ansprüchen 1 und 9 umrissenen Gegenstände gelöst.
• Eine Kristallziehvorrichtung mit einem integrierten bzw. einheitlichen (Integraltyp-)Doppelziehtiegel gemäß dieser Erfindung umfaßt eine zylindrische Schneide- oder Trennwand (14), die in einem eine Halbleitermaterialschmelze enthaltenden Ziehtiegel (11) koaxial zu ihm angeordnet ist und den Ziehtiegel (11) in innere und äußere Kammern (20, 21) unterteilt. In der Trennwand (14) ist eine kleine Öffnung oder Bohrung (15) ausgebildet, wobei ein Verbindungsrohr (16) zum Verbinden der inneren Kammer mit der äußeren Kammer, z.B. ein rohrförmiger Durchgang mit der kleinen Bohrung (15) vorgesehen ist. Während ein Kristall aus der in der inneren Kammer (20) befindlichen Schmelze, die eine von der Fremdatomzusammensetzung der Schmelze in der äußeren Kammer (21) verschiedene Fremdatomzusammensetzung aufweist, gezogen und gezüchtet wird, wird in der äußeren Kammer (21) enthaltene Materialschmelze über das Verbindungsrohr (16) der inneren Kammer (20) zugespeist.
• Dabei ist es für das Verbindungsrohr (16) des integrierten Doppelziehtiegels erforderlich, daß es eine leichte Überführung von Schmelze von der äußeren Kammer (21) in die innere Kammer (20) zuläßt, dabei aber gleichzeitig ein wesentliches Ausfließen von Fremdatom aus der inneren Kammer (20) zur äußeren Kammer (21) hemmt.
• (i) Die Länge L des Verbindungsrohrs ist bei dieser Erfindung so eingestellt, daß sie der Bedingung b > L ≥ 4a genügt; dabei bedeuten: a = Innendurchmesser des Verbindungsrohrs (16), und b = Innenumfangslänge (2πr) der inneren Kammer (20). Wenn die Bedingung L≥ 4a erfüllt ist, kann ungeachtet des Innendurchmessers a des Verbindungsrohrs (16) und unabhängig von der Drehung des Ziehtiegels (11) eine beträchtliche Wirkung bezüglich einer Unterdrückung des Ausfließens von Fremdatom aus der inneren Kammer (20) zur äußeren Kammer (21) erreicht werden. Weiterhin kann im Fall von b > L die Schmelze beim Kristallziehen leicht aus der äußeren Kammer (21) in die innere Kammer (20) überführt werden. Der Querschnitt des Verbindungsrohrs (16) kann rechteckig oder elliptisch sein. In diesem Fall wird seine Nebenachse als Innendurchmesser a angesehen, so daß dann die Bedingung b > L ≥ 4a angewandt werden oder erfüllt sein kann. Wenn ferner der Innendurchmesser des Rohrs (16) nicht konstant ist (sich z.B. verjüngt), wird der Mittelwert des Innendurchmessers über die Gesamtlänge L als Innendurchmesser a angesehen.
• Wenn beim Ziehen eines Siliziumeinkristalls (ii) der Innendurchmesser a des Verbindungsrohrs (16) so eingestellt oder gewählt ist, daß er eine Bedingung a ≥ 2 mm erfüllt, kann die Schmelze beim Kristallziehen einfach bzw. ohne weiteres überführt werden, während das Ausfließen vom Fremdatom im Fall von 30 mm > a unterbunden ist oder wird. Wenn weiterhin (iii) die Temperatur der Schmelze in der äußeren Kammer nahe dem Außenabschnitt der Trennwand (14) um mindestens 15ºC (vorzugsweise gleich oder höher als 30ºC) höher als diejenige der Schmelze in der inneren Kammer (20) nahe dem Innenabschnitt der Trennwand (14) eingestellt ist oder wird, kann eine Kristallausfällung von der Oberfläche der Trennwand (14) verhindert werden.
• Es sei angenommen, daß in innerer und äußerer Kammer jeweils eine dotierte bzw. eine undotierte Schmelze enthalten sind, der Innendurchmesser des Ziehtiegelkörpers (11) gleich 2R ist, der Innendurchmesser der koaxial zum Ziehtiegelkörper angeordneten zylindrischen Trennwand gleich 2r ist und die Bedingung (i) erfüllt ist. Wenn in diesem Fall (iv) r/R so gewählt ist oder wird, daß der durch die Gleichung keff = (R/r)²K ausgedrückte scheinbare Verteilungskoeffizient auf 1 eingestellt ist, ist die Fremdatomkonzentration in der Längsrichtung des Einkristalls theoretisch und praktisch unabhängig vom Erstarrungsverhältnis konstant eingestellt. Das Verhältnis r/R kann gewählt werden, um den scheinbaren Verteilungskoeffizienten keff auf 1 einzustellen oder die Einstellung so zu treffen, daß die Eigenschaften, einschließlich des spezifischen Widerstands, des Einkristalls (17) innerhalb eines gewünschten Bereichs gewählt werden können.
• Andere Merkmale dieser Erfindung werden in den jeweiligen Ausführungsformen oder -beispielen erläutert werden.
• Ein besseres Verständnis dieser Erfindung ergibt sich aus der folgenden genauen Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen, in denen zeigen:
• Fig. 1 eine begriffliche bzw. schematische Querschnittansicht einer bei einer Ausführungsform 1 dieser Erfindung verwendeten Kristallziehvorrichtung,
• Fig. 2 eine Draufsicht auf den integrierten oder einheitlichen Doppelziehtiegel der Vorrichtung nach Fig. 1,
• Fig. 2A einen lotrechten Schnitt längs der Linie I-I in Fig. 2,
• Fig. 2B einen lotrechten Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 2,
• Fig. 3 einen lotrechten Schnitt durch einen anderen, beim Verfahren nach dieser Erfindung verwendeten Doppelziehtiegel,
• Fig. 4A bis 4E lotrechte Schnitte durch Beispiele von inneren und äußeren Ziehtiegeln, die trennbar zusammensetzbar sind,
• Fig. 5 und 6 graphische Darstellungen der Beziehung zwischen dem Konzentrationsverhältnis (Cout/Cin) der Schmelze und den Abmessungen eines beim Verfahren nach dieser Erfindung verwendeten Verbindungsrohrs,
• Fig. 7A und 7B schematische bzw. graphische Darstellungen bezüglich der Wahl der Schmelzentemperatur beim Verfahren nach dieser Erfindung,
• Fig. 8A und 8B graphische Darstellungen der mit der Ausführungsform 1 erzielten Charakteristik,
• Fig. 9 und 10 graphische Darstellungen der mit der Ausführungsform 2 erzielten Charakteristika,
• Fig. 11 eine Schnittansicht des Hauptteils einer bei der Ausführungsform 3 eingesetzten Kristallziehvorrichtung,
• Fig. 12 eine graphische Darstellung der mit der Ausführungsform 3 erzielten Charakteristik,
• Fig. 13A und 13B lotrechte Schnittansichten noch eines anderen, beim Verfahren nach dieser Erfindung verwendeten integrierten Doppelziehtiegels,
• Fig. 14 einen lotrechten Schnitt durch den Hauptabschnitt einer herkömmlichen Schwimmtyp-Doppelziehtiegelziehvorrichtung,
• Fig. 15 eine Draufsicht zur Darstellung einer Abwandlung der Vorrichtung nach Fig. 2 und
• Fig. 16 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung einer Konstruktion zum Anlegen eines Magnetfelds an den Innenabschnitt des Ziehtiegels.
• Fig. 1 zeigt eine bei einer Ausführungsform dieser Erfindung eingesetzte Kristallziehvorrichtung. Zur Vereinfachung der Erläuterung sind ein Behälter einer Ziehvorrichtung zur Aufnahme einer den Ziehtiegel beinhaltenden Hitzzone, ein Wärmespeicherzylinder und dgl., die an sich bekannt sind, weggelassen.
• In Fig. 1 sind mit 12 ein an einer lotrecht bewegbaren und drehbaren Ziehtiegel-Achse 13 montierter Graphit-Ziehtiegel und mit 11 ein aus einem zylindrischen Quarzbehälter bestehender äußerer Ziehtiegel, der mit der Innenfläche des Graphit-Ziehtiegels 12 in Berührung stehend angeordnet ist, bezeichnet. Der äußere Ziehtiegel 11 ist durch den Graphit- Ziehtiegel 12 verstärkt (oder gehaltert). Der äußere Ziehtiegel 11 wird durch eine um ihn herum angeordnete Heizeinrichtung 10 beheizt. Im inneren Ziehtiegel 11 ist eine aus einem zylindrischen Quarzbehälter bestehende Scheide- oder Trennwand 14 angeordnet, in welcher eine diese durchsetzende Bohrung 15 ausgebildet ist, während an der Trennwand 14 ein die Bohrung 15 aufweisendes röhrenförmiges Quarz-Verbindungsrohr 16 angebracht ist. Die zylindrische Trennwand 14 ist durch Verschmelzen an der inneren Bodenfläche des äußeren Ziehtiegels 11 befestigt. Der Innenraum der Trennwand 14 bildet eine innere Kammer oder Innenkammer 20 zum Aufnehmen von Schmelze ML1, während ein Raum zwischen der Trennwand 14 und dem äußeren Ziehtiegel 11 eine äußere Kammer oder Außenkammer 21 zum Aufnehmen einer Schmelze ML2 bildet.
• Fig. 2 ist eine Draufsicht auf den Ziehtiegel 11 bei der Vorrichtung nach Fig. 1, bei welcher die Trennwand 14 durch Verschmelzen befestigt ist. Bei dieser Ausführungsform verbindet das Verbindungsrohr 16 das Innere der Trennwand 14 über die kleine (enge) Bohrung 15 mit der Außenkammer 21. Das Verbindungsrohr 16 ist an dem gekrümmten Außenflächenabschnitt der Trennwand 14 montiert und durch Verschmelzen daran befestigt (vgl. Fig. 2A und 2B). außerdem kann dabei die Trennwand 14 mit der zylindrischen Form gemäß den Fig. 1 und 2 ausgebildet sein. Gemäß Fig. 3 ist es jedoch auch möglich, den Boden eines inneren Ziehtiegels 24 in Form eines zylindrischen Behälters durch Verschmelzen am äußeren Ziehtiegel 11 zu befestigen.
• Dabei wird gemäß Fig. 15 das Verbindungsrohr 16 zusammen mit dem Innenabschnitt der Durchgangs-Bohrung 15 der Trennwand 14 oder der Innenkammer 20 geformt.
• Das Verhältnis r/R von Innendurchmesser 2r des inneren Ziehtiegels 24 und Innendurchmesser 2R des äußeren Ziehtiegels 11 gemäß Fig. 3 kann im tatsächlichen Gebrauch variiert werden. Aus diesem Grund ist es zweckmäßig, den inneren Ziehtiegel 24 und den äußeren Ziehtiegel 11 mit aneinander anliegenden Böden mittels einer Spannvorrichtung o.dgl. trennbar und koaxial zueinander zu montieren, anstatt sie durch Verschmelzung gegeneinander zu befestigen. In diesem Fall können ein innerer Ziehtiegel 24b gemäß Fig. 4A und ein äußerer Ziehtiegel 11a gemäß Fig. 4B miteinander kombiniert werden. Der innere Ziehtiegel 24b weist drei oder mehr Positionierstäbe 24a auf, die von seinem oberen Ende radial abgehen und deren Außenenden in Anlage gegen die Innenwand(fläche) des inneren Ziehtiegels gebracht (bringbar) sind. Dabei kann der Ziehtiegel 11a gemäß Fig. 4C in koaxialer Anordnung herausnehmbar in den Ziehtiegel 24a eingesetzt werden, wobei die Böden der Ziehtiegel aufeinander aufliegen. Ebenso ist es möglich, Positionierstäbe 24c gemäß Fig. 4C auf ein oberes Ende 11b des äußeren Ziehtiegels 11a zu plazieren und damit den inneren Ziehtiegel herausnehmbar am bzw. im außeren Ziehtiegel zu montieren. Gemäß Fig. 4E ist es ferner auch möglich, Positionierstäbe 24d mit Hilfe von auf das obere Ende 11b des äußeren Ziehtiegels 11a aufgesetzten Leitstäben 11d zu plazieren und auf diese Weise den inneren Ziehtiegel herausnehmbar am bzw. im äußeren Ziehtiegel zu montieren.
• Fig. 5 veranschaulicht das Ergebnis eines Versuchs zur Verdeutlichung der Wirkung der Fremdatom-Ausfließunterdrückung, die erreicht wird, wenn Innendurchmesser a und Länge L des Verbindungsrohrs 16 geändert werden. Der Versuch wurde durchgeführt zur Prüfung der P-Konzentration Cin im inneren Ziehtiegel und der P-Konzentration Cout im äußeren Ziehtiegel nach Abschluß des Aufschmelzvorgangs unter den Bedingungen, daß ein äußerer Ziehtiegel von 35,56 cm (14") Durchmesser und ein innerer Ziehtiegel von 20,32 cm (8") Durchmesser sowie eine Silizium-Materialchargenmenge von 20 kg bei einer Ziehtiegeldrehzahl von 8/min verwendet wurden und sodann im inneren Ziehtiegel eine Dotierung mit Phosphor (P) erfolgte und der Ziehtiegel 2 h lang kontinuierlich gedreht wurde. In Fig. 5 ist das Verhältnis Cout/Cin auf der Ordinate für den Fall aufgetragen, daß L/a (Abszisse) bei auf 2 mm, 3 mm und 6 mm eingestelltem Innendurchmesser von 1 - 32 variiert wurde.
• Fig. 6 zeigt die bei Verwendung des gleichen Ziehtiegels wie im Fall von Fig. 5 sowie der gleichen Schmelzenmenge und Dotierstoffmenge wie im Fall von Fig. 5 erzielten Verhältnisse Cout/Cin. Dabei werden die Verhältnisse Cout/Cin nach Ablauf von 2 h nach der P-Dotierung der Schmelze bei einer auf 0/min, 3/min und 8/min eingestellten Drehzahl des inneren Ziehtiegels 11 mit dem Verbindungsrohr eines Innendurchmessers a von 6 mm erzielt. Außerdem wird das Verhältnis Cout/Cin unter der Bedingung erzielt oder ermittelt, daß die Drehzahl des inneren Ziehtiegels 11 auf 0/min eingestellt ist und das vertikale Magnetfeld von mehr als 0,15 T (1500 Gauß) angelegt wird. Das Magnetfeld kann z.B. mittels eines Elektromagneten EM angelegt werden, der gemäß Fig. 16 den Ziehtiegel umgebend montiert ist.
• Im folgenden sei das Ergebnis nach Fig. 6 betrachtet. Im allgemeinen kann in der Schmelze ML1 und in der im Ziehtiegel 11 befindlichen Schmelze ML2 Zwangskonvektion aufgrund der Ziehtiegeldrehung bzw. thermische Konvektion stattfinden. Da die Siliziumschmelze ein elektromagnetisches Fluid ist, kann die Konvektion durch Anlegung starker Magnetfelder deutlich unterdrückt werden. Die schwächste Konvektion wird daher unter der einen der vier in Fig. 6 dargestellten Bedingungen erreicht, bei welcher die Ziehtiegeldrehung 0/min beträgt und ein Magnetfeld von 3000 Gauß anliegt. Die Konvektion wird in der Reihenfolge (der Drehzahlen) 0/min, 3/min und 8/min stärker. Ein Ausfließen von in der Schmelze in der Innenkammer enthaltenem Fremdatom (Dotierstoff) erfolgt durch den (das) direkte(n) Ersatz oder Nachliefern von Schmelze über das Verbindungsrohr 16 aufgrund der im Ziehtiegel 11 stattfindenden Konvektion, d.h. Wirbelbildung und Turbulenz, die nahe der Einlaß- und Auslaßöffnungen des Verbindungsrohrs 16 auftreten. Hieraus geht klar hervor, daß das Ausfließen von Fremdatom nicht weitgehend von der Überführung von Fremdatom (Dotierstoff) infolge einfacher Fremdatomdiffusion abhängig ist (vgl. Leverton, W.F. (1958), J.Appl.Phys., 29, 1241; Backwell, G.R. (1961), J.Electronics and Control, 10, 459). Anhand der in den Fig. 5 und 6 dargestellten Ergebnisse kann festgestellt werden, daß das direkte Ersetzen oder Nachfüllen (replacement) von Schmelze dadurch unterdrückt werden kann, daß L/a größer als etwa 4, vorzugsweise größer als 10 eingestellt wird.
• Weiterhin wurde bestätigt bzw. festgestellt, daß sich im Laufe des Ziehens des Silizium-Einkristalls 17 das Verbindungsrohr 16 aufgrund der Erweichung und Verformung von Quarzmaterial verstopft bzw. zusetzt, wenn der Innendurchmesser a des Verbindungsrohrs 16 bei 1 mm liegt. Bei einem Innendurchmesser von 2 mm konnte die Schmelze (nur) mit Schwierigkeiten zugespeist werden, während es bei einem Innendurchmesser a von 3 mm möglich war, die Schmelze ununterbrochen zuzuspeisen. Bei einem Innendurchmesser von mehr als 30 mm konnte die Wirkung der Unterdrückung des Ausfließens von Fremdatom (Dotierstoff) auch dann nicht beobachtet werden, wenn L/a auf mehr als 4 eingestellt war.
• Fig. 7A zeigt die Verteilung der Oberflächentemperatur der Siliziumschmelze in Außen- und Innenkammer 21 bzw. 20 beim Silizium-Einkristallziehvorgang. Wenn eine Temperaturdifferenz AT zwischen den Temperaturen der Schmelzen in Innen- und Außenkammer nahe der Trennwand klein ist, wächst gemäß Fig. 7A ein Projektions- bzw. Vorsprungskristall (projection crystal) 20a von der Trennwand 14 aus. Wenn (die Temperaturdifferenz) ΔT 5ºC und 10ºC betrug, war der Vorsprungskristall in allen fünf Versuchen zu beobachten. Bei einer Größe von ΔT von 15ºC war der Vorsprungskristall in zwei der fünf Versuche, bei den restlichen drei Versuchen aber nicht feststellbar. Bei einer Größe von ΔT von 20ºC war der Vorsprungskristall in einem der fünf Versuche, in den anderen vier Versuchen aber nicht festzustellen. Wenn ferner ΔT auf 30ºC gesetzt war, konnte der Vorsprungskristall in keinem der Versuche festgestellt werden. Für das ununterbrochene oder gleichmäßige Ziehen eines Silizium-Einkristalls ist es daher nötig, die Temperatur der Schmelze in der Außenkammer nahe der Trennwand so einzustellen, daß sie um mindestens 15ºC (vorzugsweise mehr als 30ºC) höher ist als die Temperatur der Schmelze in der Innenkammer.
• Gemäß den Fig. 1 bis 3 sind zum Aufnehmen von Materialschmelze im einheitlichen bzw. integrierten Doppelziehtiegel zwei Kammern vorgesehen; diese Zahl ist verschieden von der bei der herkömmlichen CZ-Technik vorgesehenen (Kammer-)Zahl (1), doch ist sie dieselbe wie beim herkömmlichen Schwimmtyp-Doppelziehtiegel (2). Beim Schwimmtyp-Doppelziehtiegel sind jedoch die Innen- und Außenkammern in oberen bzw. unteren Positionen angeordnet. Im Gegensatz dazu sind beim einheitlichen oder integrierten Doppelziehtiegel gemäß den Fig. 1 bis 3 Innenkammer 20 und Außenkammer 21 auf im wesentlichen gleicher Höhe angeordnet. Zudem wird beim Schwimmtyp-Doppelziehtiegel der Oberflächenspiegel der Schmelze im inneren Ziehtiegel, wie oben erwähnt, konstantgehalten. Im Gegensatz dazu wird beim einheitlichen oder integrierten Doppelziehtiegel gemäß den Fig. 1 bis 3 der Oberflächenspiegel der dem Ziehvorgang unterworfenen, in der Innenkammer enthaltenen Schmelze ML1 über das Verbindungsrohr 16 im wesentlichen dem der Schmelze ML2 in der Außenkammer gleich eingestellt. Im Laufe des Kristallziehvorgangs fällt jedoch der Oberflächenspiegel der in der Innenkammer befindlichen Schmelze ML1 allmählich ab, und er kann nicht auf konstanter Höhe gehalten werden.
• Das (besondere) Merkmal des einheitlichen oder integrierten Doppelziehtiegels gemäß dieser Erfindung besteht darin, daß Innen- und Außenkammer 20 bzw. 21 durch eine konzentrische, zylindrische Trennwand unterteilt (abgetrennt) sind und ein Verbindungsrohr 16 zur Unterdrückung eines Ausfließens von Fremdatom (Dotierstoff) aus der Innenkammer 20 zur Außenkammer 21 vorgesehen ist. Gemäß den Fig. 1 bis 3 kann dieses Merkmal unabhängig davon erzielt werden, daß der Oberflächenspiegel der Schmelze ML1 in der Innenkammer gleich dem der Schmelze ML2 in der Außenkammer eingestellt ist und der Oberflächenspiegel der dem Ziehvorgang unterworfenen Schmelze in der Innenkammer konstant bleibt.
AUSFÜHRUNGSFORM 1
• Mit dieser (diesem) Ausführungsform oder -beispiel wird die Art der Steuerung bzw. Einstellung der Fremdatomkonzentration von Donator und Akzeptor in der Längsrichtung des Kristalls erläutert.
• Zunächst sei angenommen, daß die Schmelze ML2 in der Außenkammer des Ziehtiegels einer Kristallziehvorrichtung mit der Ausgestaltung nach Fig. 1 undotiert ist, der Innendurchmesser des äußeren Ziehtiegels 11 gleich 2R ist und der Innendurchmesser der Trennwand 14 2r beträgt. Dabei wird die Verteilung von Dotierstoff-Fremdatom in dem aus der dotierten Schmelze ML1 in der Innenkammer 20 gezogenen Kristall 17 auf der Grundlage eines scheinbaren Verteilungskoeffizienten keff bestimmt, der sich wie folgt ausdrücken läßt:
• keff = (R/r)²k .....(2)
• Da der Verteilungskoeffizient k eines allgemeinen Fremdatoms (Dotierstoffs) kleiner ist als 1 (beispielsweise beträgt k bei P, B und Si jeweils 0,35, 0,80 bzw. 0,023), ist es möglich, keff durch selektive Einstellung des Innendurchmessers 2r der Trennwand 14 auf eine zweckmäßige Größe auf eine(n) Wert oder Größe zu setzen, der (die) gleich 1 ist oder nahe bei 1 liegt. Ein Verteilungskoeffizient keff von 1 bedeutet, daß die Fremdatomkonzentration (spezifischer Widerstand im Falle eines niedrigen Widerstands) in einer Längsrichtung des Kristalls konstant ist.
• Im Fall von keff = 1 läßt sich Gleichung (2) wie folgt umschreiben:
• r = k R .....(3)
• Wenn die Fremdatomkonzentrationsverteilung in der Längsrichtung des zu ziehenden Kristalls auf eine gleichmäßige Größe eingestellt ist oder wird, muß als praktische Bedingung dieser Erfindung die in der Außenkammer 21 befindliche Schmelze ML2 undotiert bleiben. Aus diesem Grund wurde die in den Fig. 5 und 6 erläuterte Bedingung L ≥ 4a für das Verbindungsrohr 16 gewählt, bei welcher auch dann, wenn z.B. beim Aufschmelzvorgang oder Absetzprozeß (neckdown process) keine wesentliche Bewegung der Schmelzen ML1 und ML2 zwischen Innen- und Außenkammer 20 bzw. 21 auftritt, ein Ausfließen von in der Innenkammer 20 befindlicher Schmelze ML1 zur Schmelze in der Außenkammer 21 verhindert werden kann. Zur Festlegung dieser Bedingung wurden Innendurchmesser a und Länge L des Verbindungsrohrs 16 auf 4 mm bzw. 50 mm eingestellt. In diesem Fall wurde eine Außenkammer 21 von 30,48 cm (12") Durchmesser mit einer Silizium-Chargenmenge von 14 kg eingesetzt; der Innenradius r der zylindrischen Trennwand 14 wurde auf etwa 0,6R ( k=0,6, weil der Verteilungskoeffizient k von P gleich 0,35 ist) eingestellt, und ein Silizium-Einkristall eines spezifischen Widerstands von 5 - 6 Ω cm, eines Durchmessers von 10,16 cm (4") und einer Wachstumsorientierung (111) wurde unter Verwendung der mit P dotierten Materialschmelze ML1 auf die gleiche Weise wie bei der CZ-Technik gezüchtet bzw. gezogen.
• Die Fig. 8A und 8B veranschaulichen jeweils mittels Markierungen die Beziehung zwischen dem Verfestigungs- bzw. Erstarrungsverhältnis (Abszisse) und dem spezifischen Widerstand (Ordinate) des bei dieser Ausführungsform erhaltenen Kristalls zusammen mit den nach dem herkömmlichen Schwimmtyp-Doppelziehtiegelverfahren (Markierungen o) und den nach der herkömmlichen CZ-Technik (Markierungen ) erhaltenen Kristallen. Zur Erzielung von Scheiben innerhalb eines derart engen Bereichs des spezifischen Widerstands muß das Erstarrungsverhältnis weniger als 30% bei der herkömmlichen CZ-Technik und weniger als 60% (Weniger als das Erstarrungsverhältnis von 1-h/H) beim herkömmlichen Schwimmtyp-Doppelziehtiegelverfahren betragen. Im Gegensatz dazu kann gemäß dieser Erfindung der enge Bereich des spezifischen Widerstands über die Gesamtlänge des Einkristalls hinweg erreicht werden.
• Es wurde bestätigt, daß die die Verteilung Δp des spezifischen Widerstands in einer Ebene der nach dieser Ausführungsform erhaltenen Scheibe 6 - 15% betrug und damit derjenigen der nach der FZ-Technik erhaltenen Scheibe (d.h. 15 - 50%) überlegen und im wesentlichen die gleiche ist, wie bei der nach der CZ-Technik erhaltenen Scheibe.
AUSFÜHRUNGSFORM 2
• Die Erfordernisse für die Güte des Kristalls umfassen nicht nur den Bereich des spezifischen Widerstands, sondern auch den Sauerstoffkonzentrationsbereich. Bei dieser Ausführungsform werden die Konzentrationen von Sauerstoff und leitfähigem Fremdatom P innerhalb des Bereichs des P-dotierten spezifischen Widerstands von 7,5 - 12 Ω cm und des Bereichs der Sauerstoffkonzentration von 1,45 - 1,85 x 10¹&sup8; Atome/cm³ eingestellt.
• Im allgemeinen wird die Sauerstoffkonzentration hoch, wenn ein vergleichsweise großer Kristall aus einem kleinen Ziehtiegel gezogen wird. Es wurde ein Messung zur Überprüfung der Beziehungen von spezifischem Widerstand (Fig. 9) und Sauerstoffkonzentration (Fig. 10) in bezug auf das Erstarrungsverhältnis durchgeführt, wobei das Verhältnis r/R auf 0,6, 0,7, 0,8, 0,9 und 1,0 eingestellt war (der Fall, in welchem das Verhältnis r/R auf 1,0 eingestellt ist, entspricht der gewöhnlichen CZ-Technik ohne Verwendung eines Doppelziehtiegels). Dabei wurde das in Tabelle 1 angegebene Ausbringen bezüglich des spezifischen Widerstands, repräsentiert durch Ausbringen an effektivem bzw. brauchbarem Material, ausgedrückt durch (Gewicht des vorgeschriebenen einwandfreien Produkts)/(spezifikationsfreies mögliches Gewicht), erhalten. Tabelle 1 Ausbringen an brauchbarem Material
• Wie sich aus den Ergebnissen der Fig. 9 und 10 ergibt, wird der spezifische Widerstand in der Längsrichtung unter der Bedingung konstant, daß r/R = k=0,6 gilt, wie dies bei Ausführungsform 1 erläutert worden ist. Der spezifische Widerstand und die Sauerstoffkonzentration können jedoch unter der Bedingung r/R = 0,7 innerhalb des gewünschten Bereichs eingestellt werden (in diesem Fall beträgt das Ausbringen an effektivem oder brauchbarem Material 90,7%). Wenn somit der scheinbare Verteilungskoeffizient keff durch Wahl der richtigen Größe von r/R auf der Grundlage der Meßdaten möglichst nahe auf 1 eingestellt wird, können der spezifische Widerstand und die Sauerstoffkonzentration mit einem vergleichsweise hohen Prozentsatz innerhalb des gewünschten oder Soll-Bereichs (liegend) eingestellt werden (r/R = 0,67 ist optimal; in diesem Fall beträgt das Ausbringen etwa 100%).
• Das Verhältnis r/R wird nicht nur auf der Grundlage einer vom Dotierstoff verschiedenen Verunreinigung wie Sauerstoff, sondern auch der Kristallwachstumsbedingung selektiv eingestellt. Bei Verwendung eines Ziehtiegels 20 eines Durchmessers, der im Vergleich zu dem des Kristalls 17 verhältnismäßig groß ist (vorzugsweise mehr als das Doppelte desselben beträgt), läßt sich ohne weiteres ein Kristall hoher Güte erzielen. Wenn es somit zulässig ist, den spezifischen Widerstand innerhalb eines gewissen gewünschten Bereichs einzustellen, kann ein Kristall hoher Güte ohne weiteres dann gezüchtet bzw. gezogen werden, wenn r innerhalb des Bereichs von keff entsprechend dem gewünschten Bereich des spezifischen Widerstands möglichst groß gewählt wird.
AUSFÜHRUNGSFORM 3
• Wenn in den Kristall ein Kristalldefekt eingeführt wird, wird bei dieser Ausführungsform die Materialschmelze in den Anfangszustand zurückversetzt und erneut gezogen. In diesem Fall läßt sich ebenfalls die die Wirkung des einheitlichen oder integrierten Doppelziehtiegels mit dem Verbindungsrohr 16, welches das Ausfließen vom Fremdatom (Dotierstoff) aus der Innenkammer 20 zur Außenkammer 21 zu unterdrücken vermag, erzielen (die japanischen Patentveröffentlichungen Nr. 55-47300, 61-261288, 56-104796 und 62-56399 stellen den relevanten Stand der Technik dar).
• Fig. 11 ist eine schematische Darstellung der beim Ausführungsbeispiel 3 (dritten Ausführungsbeispiel) eingesetzten Vorrichtung. In Fig. 11 ist mit 31 ein einheitlicher oder integrierter Doppelziehtiegel von 40,64 cm (16") Durchmesser bezeichnet, der 35 kg Schmelze aufzunehmen vermag. Der Ziehtiegel weist eine zylindrische Trennwand 14 von 25,4 cm (10") Durchmesser (aufgrund der Phosphordotierung ist die Größe von 25,4 cm/40,64 cm (10"/16") praktisch gleich dem quadratischen Mittelwert k(=0,6) des Verteilungskoeffizienten k eingestellt) und ein Verbindungsrohr 16 eines Innendurchmessers a von 6 mm und einer Länge L von 100 mm auf. Mit 32 ist ein Kristall bezeichnet, in welchem versehentlich oder ungewollt eine Versetzung aufgetreten ist; ferner bezeichnen die Ziffern 33 eine Ziehkammer, die mittels eines Schiebers 33a abtrennbar ist, 34 einen Fülltrichter zum Einführen von undotiertem Material 34x und 35 eine Zuführ- oder Speiseeinheit zum Einführen von dotiertem Material 35x.
• Es sei angenommen, daß die Phosphor-Fremdatomkonzentration der Schmelze ML1 in der Innenkammer gleich Co und die Schmelze ML2 in der Außenkammer undotiert ist. Da beim Ziehen eines Kristalls 32 von 12,7 cm (5") Durchmesser mit W kg (5 kg) in diesem Kristall eine Versetzung aufgetreten ist, wurde der Ziehvorgang unterbrochen und der Kristall 32 in der Ziehkammer 33 aufgenommen. Ferner wurden der Schieber 33a geschlossen, der Kristall 32 entfernt und der Keimkristall erneut eingesetzt.
• Nachdem das undotierte Material von W kg über den Fülltrichter 34 in die Außenkammer 21 des Ziehtiegels 31 eingebracht und darin aufgeschmolzen worden war, wurden 624 mg Dotierstoff mit der (für die) Fremdatomkonzentration von 1 x 10¹&sup9; Atome/cm³ entsprechend der Dotierstoffmenge (kCoW/p; p = spezifisches Gewicht von festem Si) im entfernten Kristall 32 über die Speiseeinheit 35 in die Innenkammer 20 eingegeben, um die Schmelzebedingung auf die Anfangsbedingung einzustellen. Sodann wurde der Kristallziehvorgang erneut durchgeführt, wobei ein versetzungsfreier Kristall von 12,7 cm (5") Durchmesser und 31 kg Gewicht erhalten wurde. Die Zeitspanne für die Wiedereinleitung des Ziehvorgangs nach der Unterbrechung des Ziehens des Versetzung aufweisenden Kristalls 32 und seiner Entnahme betrug 5 h.
• Zu Referenzzwecken wurden das Integraltyp-Doppelziehtiegelverfahren (als Einschrittechnik bezeichnet), bei dem der Wiederziehvorgang, nicht durchgeführt wird, und der Ziehvorgang nach Rückschmelztechnik (fehlerhafter Kristalll von 5 kg wird zurückgeführt, aufgeschmolzen und erneut gezogen) unter Verwendung des einheitlichen oder integrierten Doppelziehtiegels und ansonsten unter den gleichen Bedingungen wie bei dieser Ausführungsform durchgefürt.
• Fig. 12 zeigt den spezifischen Widerstand in bezug zum Erstarrungsverhältnis der nach den drei oben angegebenen Ziehverfahren erhaltenen Kristalle. Aus dem in Fig. 12 dargestellten Ergebnis ergibt sich folgendes: Da die Unterdrückungswirkung auf ein Fremdatom-Ausfließen durch das Verbindungsrohr 16, der Bedingung L/a > 10 genügend, ausreichend groß ist, kann praktisch der gleiche Gleichmäßigkeitsgrad des spezifischen Widerstands, wie er bei der Einschrittechnik ohne Durchführung des Wiederziehvorgangs erzielt wird, auch dann aufrechterhalten werden, wenn der Wiederziehvorgang mit dem einheitlichen oder integrierten (bzw. Integraltyp-)Doppelziehtiegel über eine lange Zeitspanne hinweg durchgeführt wird. Wenn beim Ziehvorgang im einheitlichen oder integrierten (bzw. Integraltyp-)Doppelziehtiegel die häufig bei der herkömmlichen CZ-Technik angewandte Rückschmelztechnik eingesetzt wird, fließt aufgrund des Rückschmelzens in der Innenkammer befindliche Schmelze in die Außenkammer heraus, wodurch es unmöglich wird, einen in der Längsrichtung des Kristals konstanten spezifischen Widerstand zu erreichen.
• Obgleich vorstehend die Ausführungsform oder -beispiele dieser Erfindung beschrieben sind, ist diese Erfindung nicht darauf beschränkt. Die technischen Grundgedanken betreffend das Verbindungsrohr 16 zur Unterdrückung eines Ausfließens von Fremdatom (Dotierstoff) und die Wahl von r/R zur Erzielung von (eines Koeffizienten) keff gleich 1 oder nahe 1 lassen sich vielfach abwandeln. Beispielsweise können Lage und Form des Verbindungsrohrs 16 frei bestimmt werden, und es kann ein im Bodenabschnitt des Ziehtiegels 11 gemäß Fig. 13A geformtes Verbindungsrohr 16A bzw. ein an der Außenseite des Bodenabschnitts des Ziehtiegels 11 gemäß Fig. 13B geformtes Verbindungsrohr 16B angewandt werden. Der Werkstoff des Ziehtiegels 11, der Trennwand 14 oder des Verbindungsrohrs 16 kann ein hitzebeständiger Werkstoff, wie PBN (pyrolytisches Bornitrid), Si&sub3;N&sub4; oder SiC, von Quarz verschieden, oder mit PBN, Si&sub3;N&sub4; oder SiC beschichteter Quarz sein. Ebenso ist es möglich, mehrere kleine Bohrungen 15 und röhrenförmige Durchgänge 16 als Verbindungsrohr auszubilden. Ferner kann diese Erfindung auch auf einen vom Verbindungsrohr zum Verbinden der Außenkammer 21 mit der Innenkammer 20 verschiedenen Mechanismus angewandt werden, ohne vom technischen Grundgedanken dieser Erfindung, daß r/R gewählt wird, um keff auf 1 oder nahe 1 einzustellen, abzuweichen.
• Gemäß dieser Erfindung wird ein in der Praxis effektives Kristallziehverfahren unter Verwendung eines einheitlichen oder integrierten Doppelziehtiegels bereitgestellt, bei dem die Bedingungen b > L ≥ 4a und 30 mm > a > 2 mm für das bei diesem Doppelziehtiegel verwendete Verbindungsrohr 16 und ΔT > 15ºC für das Ziehen eines Si-Einkristalls vorgegeben sind oder werden. Das Ausfließen von Fremdatom (Dotierstoff) aus der Innenkammer 20 zur Außenkammer 21 kann somit zuverlässig unterdrückt werden. Weiterhin werden dotierte Schmelze ML1 und undotierte Schmelze ML2 jeweils von Innenkammer 20 bzw. Außenkammer 21 aufgenommen, wobei diese durch ein Verbindungsrohr, welches der Bedingung b > L ≥ 4a genügt, miteinander verbunden sind. Durch zweckmäßige Wahl von r/R kann keff gleich 1 oder nahe 1 eingestellt werden. Als Ergebnis kann das Ausbringen bezüglich des spezifischen Widerstands des gezogenen Kristalls auf ungefähr 100% verbessert werden, oder das Ausbringen kann im Vergleich zum herkömmlichen Fall durch Einstellung des spezifischen Widerstands und anderer Charakteristika beträchtlich erhöht sein.

Claims (13)

1. Kristallziehvorrichtung, umfassend:

einen einen vorbestimmten Innenwandradius R aufweisenden äußeren Ziehtiegel (11) zum Aufnehmen einer ersten 10 Materialschmelze (ML2),

einen koaxial im äußeren Ziehtiegel (11) angeordneten inneren Ziehtiegel (14, 24) zum Aufnehmen einer zweiten Materialschmelze (ML1), wobei der innere Ziehtiegel (14, 24) eine Innenumfangslänge b (= 2πr) und einen Radius r im wesentlichen gleich dem k-fachen des Radius R aufweist, wobei k für den Verteilungskoeffizienten eines Dotierstoffs steht, der im Betrieb in der zweiten Materialschmelze (ML1) enthalten ist, ein Verbindungsmittel (16) einer vorbestimmten Länge L 20 und eines vorbestimmten Innendurchmessers a, um es der ersten Materialschmelze (ML2) zu ermöglichen, in einer Richtung aus dem äußeren Ziehtiegel (11) zum inneren Ziehtiegel (14, 24) zu fließen, wobei b > L ≥ 4a gilt, und

eine Einrichtung (EM) zum Anlegen eines vertikalen Magnetfelds einer vorgeschriebenen Stärke von mehr als 0,15 T (1500 Gauß) an die zweite Materialschmelze (ML1) zwecks Unterdrückung von Konvektion und damit Unterdrückung des Ausfließens von in der zweiten Materialschmelze (ML1) enthaltenem Fremdatom (Dotierstoff).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsmittel (16) eine in der Außenwand (14) an der Unterseite des inneren Ziehtiegels (14, 24) geformte Bohrung (15) und ein eine Effektivlänge L aufweisendes und mit der Bohrung (15) versehenes Rohr (16) umfaßt und die im äußeren Ziehtiegel (11) enthaltene erste Materialschmelze (ML2) über das Rohr (16) und die Bohrung (15) in den innerne Ziehtiegel (14, 24) fließen kann.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Ziehtiegel (14, 24) Positioniermittel (24a, 24c, 24d) zum Positionieren des inneren Ziehtiegels (14, 24) koaxial zu einer Innenseite des äußeren Ziehtiegels (11) aufweist und der innere Ziehtiegel (14, 24) herausnehmbar am äußeren Ziehtiegel (11) montierbar bzw. in diesen einsetzbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsmittel (16) eine in der Außenwand (14) an der Unterseite des inneren Ziehtiegels (14, 24) geformte Bohrung (15) und ein die Effektivlänge L und einen Innendurchmesser a aufweisendes und mit der Bohrung (15) versehenes Rohr (16) umfaßt und der innere Ziehtiegel (14, 24) eine Trennwand (14) zum Trennen der vom inneren Ziehtiegel (14, 24) aufgenommenen zweiten Materialschmelze (ML1) von der ersten Materialschmelze (ML2) aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser a des Rohrs (16) wesentlich kleiner als 30 mm und größer als 2 mm ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnet(feld)anlegeeinrichtung (EM) zum Anlegen von mehr als einem vorbestimmten Magnetfeld (1500 Gauß) in einer vorgegebenen Richtung in bezug auf die zweite Materialschmelze (ML1) an der Außenseite des äußeren Ziehtiegels (11) vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff von innerem und äußerem Ziehtiegel (14, 24 bzw. 11) aus Quarz, pyrolytischem Bornitrid, Si&sub3;N&sub4; oder SiC besteht.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgeschriebene Stärke des Magnetfelds 0,3 T (3000 Gauß) beträgt.

9. Kristallziehverfahren zum Ziehen eines Halbleiterkristalls (17) aus einer in einer inneren Kammer (20) befindlichen Materialschmelze (ML1), während von einer äußeren Kammer (21) aufgenommene Materialschmelze (ML2) der inneren Kammer (20) über ein zwischen innerer und äußerer Kammer (20 bzw. 21), die durch eine koaxial im Ziehtiegel (11) angeordnete zylindrische Trennwand (14) in einen Halbleiterkristall-Ziehtiegel (11) unterteilt sind, vorgesehenes Verbindungsrohr (16) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge L des Verbindungsrohrs eingestellt wird, um der Bedingung oder Beziehung b > L ≥ 4a zu genügen, wenn der Innendurchmesser des Verbindungsrohrs gleich a ist und die durch den inneren Ziehtiegel (14, 24) gebildete innere Kammer eine Innenumfangslänge b (= 2πr) und einen Radius im wesentlichen gleich dem k-fachen des Radius R aufweist, wobei k den Verteilungskoeffizienten eines Dotierstoffs, der im Betrieb in der zweiten Materialschmelze (ML1) enthalten ist, bedeutet, und ein vertikales Magnetfeld mit einer vorgeschriebenen Stärke von mehr als 0,15 T (1500 Gauß) an die zweite Materialschmelze (ML1) angelegt wird, um Konvektion und damit das Ausfließen von in der zweiten Materialschmelze (ML1) enthaltenem Fremdatom (Dotierstoff) zu unterdrücken.

10. Kristallziehverfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Materialschmelzen (ML2 bzw. ML1) Siliziumschmelzen sind.

11. Kristallziehverfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der ersten Materialschmelze (ML2) in der Nähe der Trennwand (14) um im wesentlichen mindestens 15ºC höher gehalten wird als die der zweiten Materialschmelze (ML1) in der Nähe der Trennwand (14).

12. Kristallziehverfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Ziehtiegel (11) erwärmt wird, um die Temperatur der ersten Materialschmelze (ML2) in der Nähe der Trennwand (14) um im wesentlichen mindestens 30ºC höher als die der zweiten Materialschmelze (ML1) in der Nähe der Trennwand (14) zu halten.

13. Kristallziehverfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgeschriebene Stärke des Magnetfelds 0,3 T (3000 Gauß) beträgt.