DE10006589A1

DE10006589A1 - Heat shield, for a Czochralski single crystal silicon ingot growth apparatus, comprises an internally insulated annular housing with a sloping bottom held within the crucible by a support element

Info

Publication number: DE10006589A1
Application number: DE2000106589
Authority: DE
Inventors: Jae-Gun Park
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1999-05-26
Filing date: 2000-02-15
Publication date: 2000-12-07
Also published as: JP2000335993A; TW552326B

Abstract

A Czochralski single crystal growth apparatus heat shield, comprising an internally insulated annular housing with a sloping bottom held within the crucible by a support element, is new. A heat shield, for a Czochralski single crystal silicon ingot growth apparatus, comprises an annular housing which has a sloping housing bottom and a housing lid extending between inner and outer housing walls and which contains an internal insulation material, a support element holding the heat shield within the growth crucible. Independent claims are also included for the following: (i) a Czochralski single crystal silicon ingot growth apparatus equipped with the above heat shield; (ii) a Czochralski single crystal silicon ingot growth apparatus equipped with a heat pack having upper and lower housings containing heat absorbent material; and (iii) a method of modifying a Czochralski growth apparatus for growth of perfect single crystal silicon ingots.

Description

Die Erfindung betrifft mikroelektronische Herstellungsverfahren und -vorrichtungen, insbesondere Siliziumblock-Herstellungsverfahren und Siliziumblöcke und die daraus hergestellten Wafer.The invention relates to microelectronic Manufacturing methods and devices, in particular Silicon block manufacturing process and silicon blocks and the wafers made therefrom.

Integrierte Schaltungen werden weitverbreitet in Verbraucher- und Geschäftsanwendungen verwendet. Integrierte Schaltungen werden im allgemeinen aus monochristallinem Silizium fabriziert. Da die Integrationsdichte der integrierten Schaltungen weiter steigt, ist es im allgemeinen von wachsender Bedeutung, hochwertiges monokristallines Halbleitermaterial für integrierte Schaltungen bereitzustellen. Integrierte Schaltungen werden typischerweise hergestellt durch die Fabrikation eines großen Blocks aus monokristallinem Silizium, durch das Aufschneiden des Blocks in Wafer, durch das Durchführen von verschiedenen mikroelektronischen Fabrikationsverfahren auf dem Wafer und dann durch das Aufschneiden des Wafers in einzelne integrierte Schaltungen, die abgepackt sind. Weil die Reinheit und die Kristallinität des Siliziumblocks einen großen Einfluss auf die Leistung der resultierenden integrierten Schaltungen hat, sind zunehmend Anstrengungen unternommen worden, um Blöcke und Wafer mit einer reduzierten Anzahl von Defektstellen zu fabrizieren.Integrated circuits are widely used in Consumer and business applications used. Integrated Circuits are generally made of monochrystalline Silicon fabricated. Since the integration density of the integrated Circuits continues to rise, it is generally growing Meaning, high quality monocrystalline semiconductor material for to provide integrated circuits. Integrated Circuits are typically manufactured by the Fabrication of a large block of monocrystalline silicon, by cutting the block into wafers Performing various microelectronic Manufacturing process on the wafer and then through the Cutting the wafer into individual integrated circuits, that are packaged. Because the purity and the crystallinity of the silicon block has a huge impact on the performance of the resulting integrated circuits are increasing Efforts have been made to make blocks and wafers with one to manufacture a reduced number of defects.

Herkömmliche Verfahren zur Herstellung von monokristallinen Siliziumblöcken werden nun beschrieben. Ein Überblick über diese Verfahren wird in dem Kapitel 1 des Lehrbuchs "Silicon Processing for the VLSI Era, Volume 1, Process Technology", von Wolf und Tauber, 1986, S. 1-35 gegeben, dessen Offenbarungsgehalt hiermit durch Referenz mit einbezogen ist. Bei der Herstellung von monokristallinem Silizium wird polykristallines Silizium mit Elektronikqualität in einen monokristallinen Siliziumblock umgewandelt. Polykristallines Silizium wie z. B. Quarzit wird gereinigt, um polykristallines Silizium mit Elektronikqualität herzustellen. Conventional process for the production of monocrystalline silicon blocks are now described. On An overview of these procedures is given in Chapter 1 of the Textbook "Silicon Processing for the VLSI Era, Volume 1, Process Technology ", by Wolf and Tauber, 1986, pp. 1-35 given, the disclosure content of which is hereby incorporated by reference is involved. In the manufacture of monocrystalline Silicon becomes polycrystalline silicon with electronics quality converted into a monocrystalline silicon block. Polycrystalline silicon such as B. Quartzite is cleaned to to manufacture polycrystalline silicon with electronics quality.

Das gereinigte polykristalline Silizium mit Elektronikqualität wird dann mit dem Czochralski (CZ)- oder Zonenschmelzverfahren (FZ) zu einem Einkristall gewachsen. Da die Erfindung die Herstellung von Siliziumblöcken mithilfe des CZ-Verfahrens betrifft, wird dieses Verfahren nun beschrieben.The cleaned polycrystalline silicon with electronics quality is then using the Czochralski (CZ) or zone melting process (FZ) grown into a single crystal. Since the invention the Manufacture of silicon blocks using the CZ process , this method will now be described.

Czochralski-Wachstum enthält die kristalline Verfestigung von Atomen aus einer flüssigen Phase an einer Grenzschicht. Insbesondere wird dabei ein Tiegel mit einer Ladung von polykristallinem Silizium mit Elektronikqualität beladen und die Ladung wird geschmolzen. Ein Kristallkeim aus Silizium mit genauen Orientierungstoleranzen wird in die Siliziumschmelze abgesenkt. Der Kristallkeim wird dann mit einer bestimmten Geschwindigkeit (Rate) in axialer Richtung herausgezogen. Der Kristallkeim und der Tiegel werden beide während des Zugvorgangs üblicherweise in entgegengesetzter Richtung gedreht.Czochralski growth contains the crystalline solidification of atoms from a liquid phase at an interface. In particular, a crucible with a charge of polycrystalline silicon loaded with electronics quality and the charge is melted. A crystal seed made of silicon precise orientation tolerances is in the silicon melt lowered. The crystal nucleus is then determined with a Speed (rate) pulled out in the axial direction. The Crystal seed and the crucible are both removed during the Pulling process usually in the opposite direction turned.

Die anfängliche Zugrate ist im allgemeinen relativ groß, so dass ein dünner Hals aus Silizium erzeugt wird. Dann wird die Temperatur der Schmelze reduziert und stabilisiert, so dass der gewünschte Blockdurchmesser geformt werden kann. Dieser Durchmesser wird gewöhnlich durch eine Regelung der Zugrate beibehalten. Das Ziehen hält an, bis die Schmelze fast verbraucht ist, wobei zu dieser Zeit ein Schwanz ausgebildet wird.The initial pull rate is generally quite large, so that a thin neck made of silicon is created. Then it will be the temperature of the melt is reduced and stabilized so that the desired block diameter can be shaped. This Diameter is usually determined by regulating the pull rate maintained. The pulling continues until the melt almost is used up, at which time a tail is formed becomes.

Fig. 1 zeigt eine schematische Zeichnung einer Czochralski- Zugvorrichtung. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, enthält die Czochralski-Zugvorrichtung 100 einen Ofen, einen Kristallzugmechanismus, eine Umgebungsregelungseinheit und ein computergestütztes Regelungssystem. Der Czochralski-Ofen wird im allgemeinen als Heißzonenofen (hot zone furnace) bezeichnet. Der Heißzonenofen enthält ein Heizelement 104, einen Tiegel 106, der aus Quarz hergestellt sein kann, eine Halterung 108, die aus Graphit hergestellt sein kann und eine Drehwelle 110, die sich um eine Achse wie gezeigt in einer ersten Richtung 112 dreht. Fig. 1 shows a schematic drawing of a Czochralski pulling device. As shown in FIG. 1, the Czochralski pulling device 100 comprises a furnace, a Kristallzugmechanismus, an environment control unit and a computer-based control system. The Czochralski furnace is commonly referred to as a hot zone furnace. The hot zone oven includes a heating element 104 , a crucible 106 , which can be made of quartz, a holder 108 , which can be made of graphite, and a rotating shaft 110 , which rotates about an axis in a first direction 112 as shown.

Ein Kühlmantel oder Kühlkanal 132 wird durch externe Kühlmittel wie z. B. eine Wasserkühlung gekühlt. Ein Hitzeschild 114 kann für eine zusätzliche thermische Verteilung sorgen. Ein Hitzepack 102 ist mit hitzeabsorbierendem Material 116 gefüllt, um für eine zusätzliche thermische Verteilung zu sorgen.A cooling jacket or cooling channel 132 is by external coolants such. B. cooled a water cooling. A heat shield 114 can provide additional thermal distribution. A heat pack 102 is filled with heat absorbing material 116 to provide additional thermal distribution.

Der Kristallzugmechanismus beinhaltet eine Kristallzugwelle 120, die sich um eine Achse in einer Richtung 122 drehen kann, die, wie gezeigt, entgegengesetzt zu der Richtung 112 ist. Die Kristallzugwelle 120 enthält an ihrem Ende eine Keimhalterung 120a. Die Keimhalterung 120a hält einen Kristallkeim 124, der von der Schmelze 126 in dem Tiegel 106 hochgezogen wird, um den Block 128 zu bilden. Das Umgebungsregelungssystem kann eine Kammerabdichtung 130, den Kühlmantel 132 und andere Flussregelungen und Vakuumabgassysteme enthalten, die nicht dargestellt sind. Ein computergestütztes Regelungssystem kann verwendet werden, um die Heizelemente, die Zugvorrichtung und andere elektrische und mechanische Elemente zu regeln.The crystal pull mechanism includes a crystal pull shaft 120 that can rotate about an axis in a direction 122 that is opposite to direction 112 as shown. The Kristallzugwelle 120 includes at its end a seed holder 120 a. The seed holder 120 a holds a crystal seed 124 , which is pulled up by the melt 126 in the crucible 106 to form the block 128 . The environmental control system may include a chamber seal 130 , cooling jacket 132, and other flow controls and vacuum exhaust systems that are not shown. A computerized control system can be used to control the heating elements, the pulling device and other electrical and mechanical elements.

Um einen monokristallinen Siliziumblock zu wachsen, wird der Kristallkeim 124 mit der Siliziumschmelze 126 in Kontakt gebracht und allmählich in die axiale Richtung gezogen (nach oben). Abkühlung und Verfestigung der Siliziumschmelze 126 in monokristallines Silizium geschieht an der Grenzschicht 140 zwischen dem Block 128 und der Schmelze 126. Wie in Fig. 1 gezeigt, verläuft die Grenzschicht 140 relativ zur Schmelze 126 konkav.In order to grow a monocrystalline silicon block, the crystal seed 124 is brought into contact with the silicon melt 126 and gradually pulled in the axial direction (upwards). Cooling and solidification of the silicon melt 126 in monocrystalline silicon occurs at the interface 140 between the block 128 and the melt 126th As shown in FIG. 1, the boundary layer 140 is concave relative to the melt 126 .

Reale Siliziumblöcke unterscheiden sich von idealen monokristallinen Siliziumblöcken, weil sie Fehlordnungen oder Defektstellen (Defekte) aufweisen. Diese Defekte sind bei der Fabrikation von integrierten Schaltungen unerwünscht. Diese Defekte können allgemein als Punktdefekte oder Agglomerate (drei-dimensionale Defekte) klassifiziert werden. Es werden üblicherweise zwei Arten von Punktdefekten unterschieden: Fehlstellen-Punktdefekte und Zwischengitter-Punktdefekte. In einem Fehlstellen-Punktdefekt fehlt ein Siliziumatom auf einem von seinen normalen Platz in dem Silizium-Kristallgitter. Diese freie Stelle führt zu einen Fehlstellen-Punktdefekt. Auf der anderen Seite, wenn sich ein Atom auf einem Nicht-Gitterplatz (Zwischengitterplatz) im Siliziumkristall befindet, führt dies zu einem Zwischengitter-punktdefekt.Real silicon blocks differ from ideal ones monocrystalline silicon blocks because they are disordered or Show defects (defects). These defects are in the Manufacturing of integrated circuits undesirable. This Defects can generally be referred to as point defects or agglomerates (three-dimensional defects) can be classified. It will Usually two types of point defects are distinguished: Defect point defects and interstitial point defects. In a defect point defect is missing a silicon atom on one from its normal place in the silicon crystal lattice. This vacancy leads to a defect point defect. On the other side if an atom is on a non-lattice site (Interstitial space) in the silicon crystal, this leads to an interstitial point defect.

Punktdefekte bilden sich üblicherweise an der Grenzschicht 140 zwischen der Siliziumschmelze 126 und dem festen Silizium 128. Wenn jedoch der Block 128 weiter gezogen wird, beginnt der Abschnitt abzukühlen, der sich an der Grenzschicht befunden hat. Während des Kühlvorgangs kann die Diffusion von Fehlstellen-Punktdefekten und Zwischengitter-Punktdefekten zu einem Vereinigen von Defekten und zum Bilden von Fehlstellen- Agglomeraten und Zwischengitter-Agglomeraten führen. Agglomerate sind drei-dimensionale (große) Strukturen, die durch die Vereinigung von Punktdefekten entstehen. Zwischengitter-Agglomerate werden auch als Delokalisationsdefekte oder D-Defekte bezeichnet. Agglomerate werden auch manchmal nach dem Verfahren genannt, welches zur Detektion dieser Defekte verwendet wird. Daher werden Fehlstellen-Agglomerate manchmal als Kristall-Herkunfts- Partikel (Crystall-Originated-Particles, COP), Laserstreuung- Tomographiedefekte (Laser Scattering Tomography defects, LST defects) oder Fließmusterdefekte (Flow Pattern Defects, FPD) bezeichnet. Zwischengitter-Agglomerate sind auch als Großdislokalisations-Agglomerate (Large Dislocation- Agglomerate, L/D-Agglomerate) bekannt. Eine Besprechung von Defekten in monokristallinem Silizium findet man im Kapitel 2 des oben erwähnten Lehrbuchs von Wolf und Tauber, dessen Offenbarung hiermit als Referenz mit einbezogen ist.Point defects usually form at the boundary layer 140 between the silicon melt 126 and the solid silicon 128 . However, as block 128 is pulled further, the section that has been at the interface begins to cool. During the cooling process, the diffusion of vacancy point defects and interstitial point defects can lead to a combination of defects and the formation of vacancy agglomerates and interstitial agglomerates. Agglomerates are three-dimensional (large) structures that result from the union of point defects. Interstitial agglomerates are also referred to as delocalization defects or D defects. Agglomerates are also sometimes called by the method used to detect these defects. Therefore, vacancy agglomerates are sometimes referred to as crystal originated particles (COP), laser scattering tomography defects (LST defects) or flow pattern defects (FPD). Interstitial agglomerates are also known as large dislocation agglomerates (L / D agglomerates). A review of defects in monocrystalline silicon can be found in Chapter 2 of the above-mentioned textbook by Wolf and Tauber, the disclosure of which is hereby incorporated by reference.

Es ist bekannt, dass viele Parameter geregelt werden müssen, um einen hochreinen Block zu wachsen, der eine geringe Anzahl von Defekten aufweist. So ist es z. B. bekannt, die Zugrate des Kristallkeims und die Temperaturgradienten im Heißzonenbereich zu regeln. Voronkov's Theorie fand heraus, dass das Verhältnis von V zu G (bezeichnet als V/G) die Punktdefekt-Konzentration in dem Block bestimmen kann, wobei V die Zugrate des Blocks und G der Temperaturgradient der Block- Schmelze-Grenzschicht ist. Voronkov's Theorie ist genau beschrieben in "The Mechanism of Swirl Defects Formation in Silicon" von Voronkov, Journal of Crystal Growth, Vol. 59, 1982, S. 625-643.It is known that many parameters are regulated need to grow a high purity block that is low Number of defects. So it is z. B. known the Pull rate of the crystal nucleus and the temperature gradients in the To regulate the hot zone area. Voronkov's theory found that the ratio of V to G (referred to as V / G) is the Can determine the point defect concentration in the block, where V the pull rate of the block and G the temperature gradient of the block Melt boundary layer is. Voronkov's theory is accurate described in "The Mechanism of Swirl Defects Formation in Silicon "by Voronkov, Journal of Crystal Growth, Vol. 59, 1982, Pp. 625-643.

Eine Anwendung von Voronkov's Theorie kann in einer Veröffentlichung des Erfinders et. al. mit dem Titel "Effect of Crystal Defects on Device Characteristics" in den Proceedings of the Second International Symposium on Advanced Science and Technology of Silicon Material, November 25-29, 1996, S. 519 gefunden werden. In der Fig. 15, die hier als Fig. 2 wiedergegeben ist, ist eine graphische Erläuterung von Fehlstellen- und Zwischengitter-Konzentrationen in Abhängigkeit von V/G dargestellt. Voronkov's Theorie zeigt, dass die Erzeugung einer Fehlstellen/Zwischengitter-Mischung in einem Wafer von V/G bestimmt wird. Genauer ausgedrückt wird für V/G- Verhältnisse unterhalb eines kritischen Verhältnisses ein an Zwischengitterdefekten angereicherter Block gebildet, während für V/G-Verhältnisse oberhalb eines kritischen Verhältnisses ein an Fehlstellendefekten angereicherter Block gebildet wird.An application of Voronkov's theory can be found in a publication by the inventor et. al. entitled "Effect of Crystal Defects on Device Characteristics" in the Proceedings of the Second International Symposium on Advanced Science and Technology of Silicon Material, November 25-29, 1996, p. 519. FIG. 15, which is shown here as FIG. 2, shows a graphic explanation of vacancy and interstitial concentrations as a function of V / G. Voronkov's theory shows that the generation of a void / interstitial mixture in a wafer is determined by V / G. More precisely, a block enriched with interstitial defects is formed for V / G ratios below a critical ratio, while a block enriched with defect defects is formed for V / G ratios above a critical ratio.

Ungeachtet vieler theoretischer Untersuchungen von Physikern, Materialforschern und anderen und ungeachtet vieler praktischer Untersuchungen von Herstellern von Czochralski- Zugvorrichtungen bleibt weiterhin ein Bedarf, die Defektdichte in Siliziumwafern zu reduzieren. Das ultimative Ziel ist es, reine Siliziumwafer zu schaffen, die frei sind von Fehlstellen- Agglomeraten und Zwischengitter-Agglomeraten.Despite many theoretical studies of Physicists, materials researchers and others and regardless of many practical examinations by manufacturers of Czochralski Pulling devices remain a need, the defect density to reduce in silicon wafers. The ultimate goal is to create pure silicon wafers that are free of defects Agglomerates and interstitial agglomerates.

Die Erfindung schafft Verfahren zum Modifizieren von Czochralski-Zugvorrichtungen und derart modifizierte Czochralski-Zugvorrichtungen, um perfekte Siliziumblöcke herzustellen, die frei von Fehlstellen-Agglomeraten und Zwischengitter-Agglomeraten sind, indem Komponenten der Czochralski-Zugvorrichtungen modifiziert werden, um einen Temperaturgradienten an der Block-Schmelze-Grenzschicht zu erzeugen, der in der Blockachse größer als ungefähr 2,5 Grad Kelvin pro Millimeter ist und der demzufolge mindestens ungefähr gleich dem Temperaturgradienten im Abstand einer Diffusionslänge vom zylindrischen Rand des Blocks ist. Beim Erzeugen eines Temperaturgradienten in der Block-Schmelze- Grenzschicht, der größer als ungefähr 2,5 Grad Kelvin pro Millimeter in der Blockachse ist und der demzufolge mindestens ungefähr gleich dem Temperaturgradienten im Abstand einer Diffusionslänge vom zylindrischen Rand des Blocks ist, kann eine Block-Schmelze-Grenzschicht erzeugt werden, die planar oder relativ zur Siliziumschmelze konvex ist. Der so gezogene Block wird in eine Vielzahl von reinen Siliziumwafern aufgeschnitten, die Punktdefekte beinhalten können, die aber frei von Fehlstellen-Agglomeraten und Zwischengitter- Agglomeraten sind.The invention provides methods for modifying Czochralski pulling devices and such modified Czochralski pullers to perfect silicon blocks produce that free of defects and agglomerates Interstitial agglomerates are made by components of the Czochralski pulling devices can be modified to a Temperature gradients at the block-melt boundary layer too generate that in the block axis greater than about 2.5 degrees Kelvin per millimeter and therefore at least approximately equal to the temperature gradient at a distance Diffusion length from the cylindrical edge of the block is. At the Generation of a temperature gradient in the block melt Boundary layer that is greater than approximately 2.5 degrees Kelvin per Millimeters in the block axis and therefore at least approximately equal to the temperature gradient at a distance Diffusion length from the cylindrical edge of the block can a block-melt boundary layer can be created that is planar or is convex relative to the silicon melt. The so drawn Block is made into a variety of pure silicon wafers cut open, which may include point defects, but which free of imperfections and interstitials Are agglomerates.

Erfindungsgemäße Czochralski-Zugvorrichtungen weisen eine Abdichtung und in der Abdichtung einen Tiegel auf, der die Siliziumschmelze aufnimmt. Eine Keimhalterung ist innerhalb der Abdichtung nahe des Tiegels vorgesehen. Ein Heizelement ist innerhalb der Abdichtung, den Tiegel umgebend, vorgesehen. Ein Hitzepack ist innerhalb der Abdichtung, das Heizelement umgebend, vorgesehen. Ein Hitzeschild ist zwischen dem Tiegel und der Keimhalterung vorgesehen und ein Kühlmantel ist zwischen dem Hitzeschild und der Keimhalterung vorgesehen. Mittel zum Wegziehen der Keimhalterung von dem Tiegel sind vorgesehen, um dadurch einen monokristallinen Siliziumblock aus der Siliziumschmelze zu ziehen. Der monokristalline Siliziumblock hat eine Achse und einen zylindrischen Rand. Dazwischen definieren die Siliziumschmelze und der Block eine Block-Schmelze-Grenzschicht.Czochralski pulling devices according to the invention have a Sealing and in the seal on a crucible that the Absorbs silicon melt. A germ holder is inside the Sealing provided near the crucible. Is a heating element provided within the seal, surrounding the crucible. On Heat pack is inside the seal, the heating element surrounding, provided. A heat shield is between the crucible and the germ holder and is a cooling jacket provided between the heat shield and the germ holder. Means for pulling the germ holder away from the crucible are provided to thereby form a monocrystalline silicon block of silicon melt. The monocrystalline Silicon block has an axis and a cylindrical edge. In between, the silicon melt and the block define one Block-melt boundary layer.

Die Erfindung schafft auch Hitzeschilder für Czochralski- Zugvorrichtungen, die ein ringförmiges Hitzeschild-Gehäuse aufweisen, mit inneren und äußeren Hitzeschild-Gehäusewänden und einem schrägen Hitzeschild-Gehäuseboden und Hitzeschild- Gehäusedeckel, welche sich zwischen den inneren und äußeren Hitzeschild-Gehäusewänden erstrecken. Das Hitzeschild-Gehäuse enthält Isoliermaterial. Ein Stützelement ist derart eingerichtet, dass das Hitzeschild-Gehäuse innerhalb des Tiegels in der Czochralski-Zugvorrichtung gehalten wird. Die innere und äußere Hitzeschild-Gehäusewand ist bevorzugt eine vertikale innere und eine vertikale äußere Hitzeschild- Gehäusewand, und der Hitzeschild-Gehäusedeckel ist bevorzugt ein schräger Hitzeschild-Gehäusedeckel.The invention also provides heat shields for Czochralski Traction devices that have an annular heat shield housing have, with inner and outer heat shield housing walls and an oblique heat shield case base and heat shield Housing cover, which is between the inner and outer Extend heat shield housing walls. The heat shield housing contains insulation material. A support element is such set up the heat shield housing within the Tiegel is held in the Czochralski pulling device. The inner and outer heat shield housing wall is preferably one vertical inner and one vertical outer heat shield Housing wall, and the heat shield housing cover is preferred an oblique heat shield case cover.

In einer Ausführungsform enthält das Stützelement mindestens einen Stützarm, der sich bis zu dem ringförmigen Hitzeschild-Gehäuse erstreckt. Der mindestens eine Stützarm kann hohl sein oder kann Isoliermaterial beinhalten. In einer weiteren Ausführungsform ist das Stützelement ein ringförmiges Stützelement. Das ringförmige Stützelement kann eine innere und eine äußere Stützelement-Wand aufweisen, die dazwischen Isoliermaterial enthalten. Das ringförmige Stützelement kann ferner mindestens ein Fenster aufweisen. Das ringförmige Stützelement kann schräg sein. Vorgesehen sein kann weiterhin ein Hitzeschild, wie oben beschrieben, welches ein ringförmiges Hitzeschild-Gehäuse innerhalb des Tiegels und ein Stützelement aufweist, das das Hitzeschild-Gehäuse innerhalb des Tiegels hält.In one embodiment, the support element contains at least one support arm that extends up to the annular Heat shield housing extends. The at least one support arm can be hollow or can include insulation material. In a In another embodiment, the support element is an annular one Support element. The annular support member can be an inner and have an outer support member wall in between Insulating material included. The annular support element can furthermore have at least one window. The ring-shaped Support element can be oblique. Can still be provided a heat shield as described above, which is an annular Heat shield housing inside the crucible and a support element has the heat shield housing within the crucible holds.

Gemäß der Erfindung wird mindestens einer der folgenden Parameter ausgewählt, um einen Temperaturgradienten an der Block-Schmelze-Grenzschicht zu erzeugen, der in der Achse größer als ungefähr 2,5 Grad Kelvin pro Millimeter ist und der auch mindestens ungefähr gleich dem Temperaturgradienten im Abstand einer Diffusionslänge vom zylindrischen Rand des Blocks ist: die Position des Hitzeschildes; die Konfiguration des Hitzeschildes; die Position des Heizelements; die Konfiguration des Kühlmantels; die Position des Tiegels; die Konfiguration des Hitzepacks; und die Leistung, die für das Heizelement verwendet wird.According to the invention, at least one of the following Parameters selected to show a temperature gradient at the Block melt to create boundary layer that is in the axis is greater than approximately 2.5 degrees Kelvin per millimeter and that also at least approximately equal to the temperature gradient in the Distance of a diffusion length from the cylindrical edge of the block is: the position of the heat shield; the configuration of the Heat shield; the position of the heating element; the configuration the cooling jacket; the position of the crucible; the configuration the heat pack; and the power required for the heating element is used.

Gemäß einem anderen Gesichtspunkt der Erfindung wird mindestens einer der folgenden Parameter ausgewählt, um eine Block-Schmelze-Grenzschicht zu erzeugen, die planar oder relativ zur Siliziumschmelze konvex ist: die Position des Hitzeschildes; die Konfiguration des Hitzeschildes; die Position des Heizelements; die Konfiguration des Kühlmantels; die Position des Tiegels; die Konfiguration des Hitzepacks; und die Leistung, die für das Heizelement verwendet wird.According to another aspect of the invention selected at least one of the following parameters to get a Block-melt boundary layer to produce the planar or is convex relative to the silicon melt: the position of the Heat shield; the configuration of the heat shield; the Position of the heating element; the configuration of the cooling jacket; the position of the crucible; the configuration of the heat pack; and the power used for the heating element.

Jeder der oben beschrieben Parameter kann getrennt variiert werden. Zum Beispiel weist das Hitzeschild ein Tiegel- Oberteil und ein Tiegel-Unterteil auf und das Hitzeschild weist ein Hitzeschild-Oberteil und ein Hitzeschild-Unterteil auf. Die Position des Hitzeschildes wird bevorzugt dadurch bestimmt, dass der Abstand zwischen dem Hitzeschild-Unterteil und dem Tiegel-Oberteil variiert wird.Each of the parameters described above can be separated can be varied. For example, the heat shield has a crucible Upper part and a crucible lower part and the heat shield has a heat shield upper part and a heat shield lower part. The The position of the heat shield is preferably determined by that the distance between the heat shield base and the Crucible top is varied.

Die Konfiguration des Hitzeschildes kann durch die Schaffung einer Hitzeschild-Abdeckung an dem Hitzeschild- Unterteil bestimmt werden. Die Hitzeschild-Abdeckung weist vorzugsweise ein ringförmiges Hitzeschild-Gehäuse innerhalb des Tiegels, einschließlich innerer und äußerer Hitzeschild- Gehäusewände und einen schrägen Hitzeschild-Gehäuseboden und einen Hitzeschild-Gehäusedeckel auf, welche sich zwischen den inneren und äußeren Hitzeschild-Gehäusewänden erstrecken. Das Hitzeschild-Gehäuse beinhaltet vorzugsweise Isoliermaterial. Das schräge Hitzeschild-Gehäuse definiert relativ zu der Horizontalen einen Winkel und die Konfiguration des Hitzeschildes wird auch durch die Variation dieses Winkels bestimmt.The configuration of the heat shield can be done through the Creation of a heat shield cover on the heat shield Lower part can be determined. The heat shield cover faces preferably an annular heat shield housing within the Crucibles, including inner and outer heat shield Housing walls and an oblique heat shield case base and a heat shield housing cover, which is between the extend inner and outer heat shield housing walls. The Heat shield housing preferably contains insulating material. The oblique heat shield housing defines relative to that Horizontal an angle and the configuration of the Heat shield is also created by varying this angle certainly.

Der schräge Hitzeschild-Gehäuseboden schließt einen ersten Winkel mit der Horizontalen ein und der schräge Hitzeschild- Gehäusedeckel schließt einen zweiten Winkel mit der Horizontalen ein. Mindestens einer der folgenden Parameter werden vorzugsweise ausgewählt, um einen Temperaturgradienten an der Block-Schmelze-Grenzschicht in der Achse zu erzeugen, der mindestens ungefähr gleich dem Temperaturgradienten im Abstand einer Diffusionslänge vom zylindrischen Rand des Blocks ist: die Länge der inneren Wände; der erste Winkel; und der zweite Winkel.The sloping heat shield case bottom closes a first Angle with the horizontal one and the oblique heat shield Housing cover closes a second angle with the Horizontal one. At least one of the following parameters are preferably selected to have a temperature gradient to generate at the block-melt boundary layer in the axis which is at least approximately equal to the temperature gradient in the Distance of a diffusion length from the cylindrical edge of the block is: the length of the inner walls; the first angle; and the second angle.

Das Heizelement weist auch ein Heizelement-Oberteil und ein Heizelement-Unterteil auf, und die Position des Heizelements wird bevorzugt durch die Variation des Abstandes zwischen dem Tiegel-Oberteil und dem Heizelement-Oberteil bestimmt. Die Position des Heizelements und die Position des Tiegels kann auch gleichzeitig axial relativ zu der Abdichtung variiert werden.The heating element also has a heating element upper part and a heating element base, and the position of the Heating element is preferred by varying the distance between the top of the crucible and the top of the heating element certainly. The position of the heating element and the position of the Tiegel can also be axially relative to the seal can be varied.

Der Kühlmantel weist auch ein Kühlmantel-Oberteil und ein Kühlmantel-Unterteil auf und die Position des Kühlmantels wird vorzugsweise durch die Variation des Abstandes zwischen dem Tiegel-Oberteil und dem Kühlmantel-Unterteil bestimmt. Der Hitzepack weist ein oberes Hitzepack-Gehäuse und ein unteres Hitzepack-Gehäuse auf, wobei jedes mit hitzeabsorbierendem Material gefüllt ist. Die Konfiguration des Hitzepacks wird vorzugsweise durch die Entfernung von zumindest etwas von dem hitzeabsorbierenden Material des oberes Hitzepack-Gehäuses bestimmt. Das obere Hitzepack-Gehäuse ist jedoch zumindest teilweise nicht mit dem hitzeabsorbierenden Material gefüllt. Vorzugsweise wird das gesamte hitzeabsorbierende Material aus dem oberen Hitzepack-Gehäuse entfernt, so dass das obere Hitzepack-Gehäuse frei von hitzeabsorbierendem Material ist.The cooling jacket also has a cooling jacket upper part and Cooling jacket lower part and the position of the cooling jacket is preferably by varying the distance between the Crucible upper part and the cooling jacket lower part determined. The Heat pack has an upper heat pack case and a lower one Heat pack case, each with heat absorbing Material is filled. The configuration of the heat pack will preferably by removing at least some of that heat absorbing material of the upper heat pack housing certainly. The top heat pack case, however, is at least partially not filled with the heat absorbing material. Preferably all of the heat absorbing material is made from the top heat pack case so that the top Heat pack housing is free of heat absorbing material.

Das Hitzeschild-Stützelement wird vorzugsweise an dem oberen Hitzepack-Gehäuse befestigt, um das ringförmige Hitzeschild-Gehäuse innerhalb des Tiegels zu halten.The heat shield support member is preferably on the upper heat pack housing attached to the ring-shaped Keep heat shield housing inside the crucible.

Die oben beschriebenen Parameter werden vorzugsweise zusammen variiert, um einen Temperaturgradienten in der Block- Schmelze-Grenzschicht zu erzeugen, der in der Achse größer als ungefähr 2,5 Grad Kelvin pro Millimeter ist und der auch mindestens ungefähr gleich dem Temperaturgradienten im Abstand einer Diffusionslänge vom zylindrischen Rand des Blocks ist. Genauer ausgedrückt wird mindestens einer der folgenden Parameter ausgewählt, um einen Temperaturgradienten an der Block-Schmelze-Grenzschicht in der Achse zu erzeugen, der mindestens ungefähr gleich dem Temperaturgradienten im Abstand einer Diffusionslänge am zylindrischen Rand des Blocks ist: die Position des Hitzeschildes; die Konfiguration des Hitzeschildes; und die Position des Heizelements. Dann wird mindestens einer der folgenden Parameter ausgewählt, um einen Temperaturgradienten an der Block-Schmelze-Grenzschicht in der Achse zu erzeugen, der größer als ungefähr 2,5 Grad Kelvin pro Millimeter ist: die Konfiguration des Kühlmantels; die Position des Tiegels; und die Konfiguration des Hitzepacks.The parameters described above are preferred together varies to a temperature gradient in the block To produce melt boundary layer that is larger than in the axis is about 2.5 degrees Kelvin per millimeter and that too at least approximately equal to the temperature gradient in the distance a diffusion length from the cylindrical edge of the block. More specifically, at least one of the following is Parameters selected to show a temperature gradient at the To produce block-melt boundary layer in the axis of the at least approximately equal to the temperature gradient in the distance a diffusion length at the cylindrical edge of the block is: the Position of the heat shield; the configuration of the Heat shield; and the position of the heating element. Then it will be selected at least one of the following parameters to get a Temperature gradients at the block-melt boundary layer in the Generate axis that is greater than approximately 2.5 degrees Kelvin per Millimeter is: the configuration of the cooling jacket; the position of the crucible; and the configuration of the heat pack.

Weiter werden vorzugsweise die Position des Hitzeschildes, die Konfiguration des Hitzeschildes und die Position des Heizelements zusammen ausgewählt, um einen Temperaturgradienten an der Block-Schmelze-Grenzschicht in der Achse zu erzeugen, der größer als der Temperaturgradient am zylindrischen Rand des Blocks ist. Dann werden die Konfiguration des Kühlmantels, die Position des Tiegels, die Positionen von Heizelement und Tiegel und die Konfiguration des Hitzepacks zusammen ausgewählt, um einen Temperaturgradienten an der Block-Schmelze-Grenzschicht- Achse zu erzeugen, der größer als ungefähr 2,5 Grad Kelvin pro Millimeter ist, wobei der Temperaturgradient in der Achse so aufrechterhalten wird, dass er mindestens ungefähr gleich dem Temperaturgradient im Abstand einer Diffusionslänge vom zylindrischen Rand ist. Perfekte Siliziumwafer können dadurch in modifizierten Czochralski-Zugvorrichtungen hergestellt werden. Demnach können verbesserte Hitzeschilder und Czochralski-Zugvorrichtungen bereitgestellt werden.The position of the heat shield, the configuration of the heat shield and the position of the Heating element selected together to create a temperature gradient to generate at the block-melt boundary layer in the axis which is greater than the temperature gradient at the cylindrical edge of the Blocks is. Then the configuration of the cooling jacket that Position of the crucible, the positions of the heating element and the crucible and selected the configuration of the heat pack to a temperature gradient at the block-melt boundary layer Generate axis that is greater than approximately 2.5 degrees Kelvin per Is millimeters, the temperature gradient in the axis is like this is maintained to be at least approximately equal to that Temperature gradient at a distance of a diffusion length from is cylindrical edge. This enables perfect silicon wafers made in modified Czochralski traction devices become. Accordingly, improved heat shields and Czochralski pulling devices are provided.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im weiteren näher erläutert:Embodiments of the invention are in the figures are shown and explained in more detail below:

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Czochralski- Zugvorrichtung zum Wachsen von monokristallinen Siliziumblöcken. Fig. 1 is a schematic representation of a Czochralski pulling device for growing monocrystalline silicon blocks.

Fig. 2 erläutert graphisch die Voronkov'sche Theorie. Fig. 2 graphically illustrates Voronkov's theory.

Fig. 3A-3E gibt einen Überblick über die Fabrikation von Wafern, die in der Mitte eine an Fehlstellen angereicherte Region und zwischen der an Fehlstellen angereicherten Region und dem Rand des Wafers eine reine Region aufweisen. FIGS. 3A-3E provides an overview of the fabrication of wafers having a pure region in the middle of a fraction enriched in voids between the region and the enriched region at defects and the edge of the wafer.

Fig. 4A-4E gibt einen Überblick über die Fabrikation von Wafern, die frei von Agglomeraten sind. Fig. 4A-4E provides an overview of the fabrication of wafers that are free of agglomerates.

Fig. 5 zeigt eine modifizierte Czochralski-Zugvorrichtung und erfindungsgemäß modifizierte Czochralski-Verfahren. Fig. 5 shows a modified Czochralski pulling device and inventively modified Czochralski method.

Fig. 6 erläutert graphisch einen Vergleich zwischen herkömmlichen radialen Temperaturgradienten als Funktion des Abstands und radialen Temperaturgradienten als Funktion des Abstands gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Fig. 6 illustrates graphically a comparison between conventional radial temperature gradient as a function of the distance and radial temperature gradient as a function of distance in accordance with an embodiment of the invention.

Fig. 7 erläutert graphisch die beobachteten Tendenzen in der Variation der Temperaturgradienten als Funktion des Abstandes zwischen dem Hitzeschild-Unterteil und dem Tiegel- Oberteil gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Fig. 7 illustrates graphically the observed trends in the variation of the temperature gradient as a function of the distance between the heat shield sub-part and the crucible upper part according to an embodiment of the invention.

Fig. 8 erläutert graphisch die beobachteten Tendenzen in der Variation der Temperaturgradienten als Funktion des Abstandes zwischen dem Tiegel-Oberteil und dem Heizelement- Oberteil gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Fig. 8 illustrates graphically the observed trends in the variation of the temperature gradient as a function of the distance between the crucible upper part and the upper part heating element in accordance with an embodiment of the invention.

Fig. 9 erläutert graphisch die beobachteten Tendenzen in der Variation der Temperaturgradienten als Funktion des Abstandes zwischen dem Tiegel und der Abdichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Fig. 9 illustrates graphically the observed trends in the variation of the temperature gradient as a function of the distance between the crucible and the seal according to an embodiment of the invention.

Fig. 10 erläutert graphisch die beobachteten Tendenzen in der Variation der Temperaturgradienten als Funktion des Abstandes zwischen dem Tiegel-Oberteil und dem Kühlmantel- Unterteil gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Fig. 10 graphically illustrates the observed trends in the variation of the temperature gradient as a function of the distance between the crucible upper part and the lower part Kühlmantel- according to an embodiment of the invention.

Fig. 11 erläutert graphisch die beobachteten Tendenzen in der Variation der Temperaturgradienten als Funktion der Menge des hitzeabsorbierenden Materials, welches gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung aus dem oberen Hitzepack- Gehäuse entfernt wurde. Fig. 11 graphically illustrates the observed trends in the variation of the temperature gradient as a function of the amount of heat-absorbing material which has been removed according to an embodiment of the invention from the upper Hitzepack- housing.

Fig. 12 ist ein Ablaufdiagramm, welches Schritte zur kombinierten Variation von Parametern gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. Fig. 12 is a flow chart illustrating steps for combined variation of parameters according to an embodiment of the invention.

Fig. 13 ist eine vergrößerte Ansicht des Hitzeschildes aus Fig. 5. Fig. 13 is an enlarged view of the heat shield of Fig. 5.

Fig. 14A-14D sind teilweise geschnittene perspektivische Ansichten von erfindungsgemäßen Ausführungsformen von Hitzeschildern. FIG. 14A-14D are partially sectioned perspective views of embodiments of the invention by heat shields.

Gleiche Ziffern bezeichnen in allen Figur gleiche Elemente.The same numbers denote the same elements in all figures.

overview Flaw enrichment and perfect wafers

Mit Bezug auf die Fig. 3A-3E wird nun gemäß der US- Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 08/989.591 ein Überblick über die Fabrikation von halbreinen Wafern beschrieben, welche erstens eine mit Fehlstellen angereicherte Region in der Mitte aufweisen, die Fehlstellen-Agglomerate beinhalten kann und welche zweitens eine reine Region zwischen der mit Fehlstellen angereicherten Region und dem Rand der Wafers aufweisen, die frei von Fehlstellen-Agglomeraten und Zwischengitter- Agglomeraten ist. Wie in Fig. 3A gezeigt, kann die Erläuterung der Fabrikation dieser mit Fehlstellen angereicherten Wafer mit einem Überblick über die Voronkov'sche Theorie beginnen. Die Voronkov'sche Theorie ist graphisch in Fig. 3A dargestellt. Wie durch die am Rand (E) beginnende und in der Mitte (C) endende Linie dargestellt, wurde gemäß der in der US-Patentanmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen 08/989.591 offenbarten Erfindung herausgefunden, dass dann halbreine Wafer fabriziert werden können, die eine mit Fehlstellen angereicherte Region in der Mitte und eine reine Region zwischen der mit Fehlstellen angereicherten Region und dem Waferrand aufweisen, falls das mit (V/G) bezeichnete Verhältnis zwischen der Zugrate und dem Temperaturgradienten in der Block-Schmelze-Grenzfläche im Abstand einer Diffusionslänge vom Rand E (bezeichnet mit dem Punkt a) größer als (V/G)₁ und in der Mitte C kleiner als (V/G)₂ gehalten wird. Insbesondere wird V/G radial über den Wafer in einem Block variieren und wird im allgemeinen wegen der unterschiedlichen thermischen Eigenschaften in der Mitte und am Rand des Wafers von der Wafermitte zum Waferrand abnehmen. Wie in Fig. 3A gezeigt, erfordert daher ein bestimmter Wafer von der Mitte (C) zum Rand (E) einen radialen V/G Bereich.With reference to FIGS. 3A-3E, the US will now be described according to patent application serial number 08 / 989,591, an overview of the manufacture of semi-pure wafers having first enriched voids region in the middle, may include the missing agglomerates and second, which has a clean region between the region enriched with defects and the edge of the wafers, which region is free of defect agglomerates and interstitial agglomerates. As shown in Fig. 3A, the explanation of the fabrication of these defect-enriched wafers can begin with an overview of Voronkov's theory. Voronkov's theory is shown graphically in Figure 3A. As shown by the line beginning at the edge (E) and ending in the middle (C), it was found according to the invention disclosed in US Patent Application Serial No. 08 / 989,591 that semi-clean wafers can then be fabricated using one Void-enriched region in the middle and a pure region between the void-enriched region and the wafer edge, if the ratio (V / G) between the pull rate and the temperature gradient in the block-melt interface at a distance of a diffusion length from the edge E (denoted by the point a) is kept larger than (V / G) ₁ and in the middle C smaller than (V / G) ₂ . In particular, V / G will vary radially across the wafer in a block and will generally decrease from the center of the wafer to the edge of the wafer due to the different thermal properties in the center and edge of the wafer. As shown in Fig. 3A, therefore, a particular wafer from the center (C) requires the edge (E) has a radial V / G range.

Ein kritischer Punkt bei der Fabrikation von Siliziumblöcken und Wafern besteht in der Bildung von Agglomeraten im Wafer (entweder Fehlstellen- oder Zwischengitter-Agglomerate). Es ist bekannt, dass Agglomerate durch die Vereinigung von Punktdefekten gebildet werden, die während der ersten Herstellung des Blocks aus der Schmelze entstehen. Die Punktdefektkonzentration wird allgemein durch die Bedingungen an der Grenzschicht zwischen dem Siliziumblock und der Siliziumschmelze bestimmt. Wenn dann der Block weiter gezogen wird, bestimmt Diffusion und Abkühlung die Vereinigung von Punktdefekten zur Bildung von Agglomeraten.A critical point in the manufacture of Silicon blocks and wafers consist in the formation of Agglomerates in the wafer (either defect or Interstitial agglomerates). It is known that agglomerates are formed by the union of point defects that during the first production of the block from the melt arise. The point defect concentration is generally determined by the conditions at the interface between the silicon block and the silicon melt. Then if the block continues diffusion and cooling determine the union from point defects to the formation of agglomerates.

Wie in Fig. 3B gezeigt, wurde gemäß der in der US- Patentanmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen 08/989.591 offenbarten Erfindung herausgefunden, dass es eine kritische Fehlstellen-Punktdefekt-Konzentration [V]* und eine kritische Zwischengitter-Punktdefekt-Konzentration [I]* gibt, unterhalb der Punktdefekte sich nicht zu Agglomeraten vereinigen. Es wurde gemäß der Erfindung herausgefunden, falls die Konzentration von Punktdefekten unterhalb dieser kritischen Konzentrationen in dem Randgebiet des Wafers gehalten werden, dass sich dann zwar eine mit Fehlstellen angereicherte Region in der Mitte des Wafers bildet, dass aber eine reine Region zwischen der mit Fehlstellen angereicherten Region und der Wafermitte gebildet wird.As shown in FIG. 3B, according to the invention disclosed in US Patent Application Serial No. 08 / 989,591, it was found that there was a critical defect spot defect concentration [V] * and a critical interstitial point defect concentration [I] * below the point defects do not combine to form agglomerates. It has been found according to the invention, if the concentration of point defects is kept below these critical concentrations in the peripheral area of the wafer, that a region enriched with defects is then formed in the middle of the wafer, but a pure region between the regions enriched with defects Region and the wafer center is formed.

Wie in Fig. 3B gezeigt, wird daher die Fehlstellen- Konzentration über den Wafer, außer in der Nähe der Mitte C, unterhalb der kritischen Fehlstellen-Konzentration [V]* gehalten. Wie in Fig. 3C gezeigt, bildet sich zwar eine mit Fehlstellen angereicherte Region [V] in der Mitte des Wafers, dafür ist der Bereich außerhalb der mit Fehlstellen angereicherten Region [V] bis zum Rand des Wafers frei von Fehlstellen-Agglomeraten und wird daher mit [P] bezeichnet (pur oder perfekt).Therefore, as shown in Fig. 3B, the defect concentration over the wafer, except near the center C, is kept below the critical defect concentration [V] *. As shown in FIG. 3C, a region [V] enriched with defects is formed in the middle of the wafer, but the region outside the region [V] enriched with defects is free of defect agglomerates up to the edge of the wafer and therefore becomes marked with [P] (pure or perfect).

Wie aus Fig. 3B ersichtlich, wird bezüglich der Zwischengitterplätze die Zwischengitter-Konzentration von der Mitte C der Wafers bis zu einer Diffusionslänge L_I von dem Rand des Wafers (entspricht dem Punkt a) unterhalb der kritischen Zwischengitter-Konzentration [I]* gehalten. Zwischen der Diffusionslänge L_I des Wafers und dem Rand E erlaubt die Diffusion den Zwischengitter-Defekten aus dem Block heraus zu diffundieren und so keine Agglomerate während des Kristallwachstums zu bilden, sogar falls die Zwischengitter- Konzentration anfänglich oberhalb der kritischen Konzentration [I]* an der Block-Schmelze-Grenzschicht ist. Die Diffusionslänge L_I für 8 inch Wafer liegt im allgemeinen zwischen 2,5 und 3 cm. Dementsprechend bildet sich, wie aus Fig. 3C ersichtlich, ein halbreiner Wafer, der in der Mitte eine mit Fehlstellen angereicherte Region [V] und zwischen der mit Fehlstellen angereicherten Region und dem Rand eine perfekte Region [P] aufweist. Die reine Region [P] nimmt bevorzugt mindestens 36% der Waferfläche und noch besser mindestens 60% der Waferfläche ein.As can be seen from FIG. 3B, with respect to the interstitial sites, the interstitial concentration from the center C of the wafers to a diffusion length L _I from the edge of the wafer (corresponds to point a) is kept below the critical interstitial concentration [I] *. Between the diffusion length L _{I of} the wafer and the edge E, the diffusion allows the interstitial defects to diffuse out of the block and thus not to form agglomerates during crystal growth, even if the interstitial concentration initially exceeds the critical concentration [I] * is the block-melt boundary layer. The diffusion length L _I for 8 inch wafers is generally between 2.5 and 3 cm. Accordingly, as can be seen from FIG. 3C, a semi-clean wafer is formed which has a region [V] enriched with defects in the middle and a perfect region [P] between the region enriched with defects and the edge. The pure region [P] preferably occupies at least 36% of the wafer area and more preferably at least 60% of the wafer area.

Um die in Fig. 3C dargestellten Wafer zu bilden, muss V/G an dem Punkt a größer als (V/G)₁ und in der Mitte des Wafers kleiner oder gleich (V/G)₂ gehalten werden. Um das Verhältnis V/G zwischen diesen beiden kritischen Werten zu halten, werden zwei thermische Überlegungen in Betracht gezogen.To form the wafers shown in FIG. 3C, V / G must be kept larger than (V / G) ₁ at point a and less than or equal to (V / G) ₂ in the center of the wafer. To maintain the V / G ratio between these two critical values, two thermal considerations are considered.

Zuerst muss der radiale Temperaturgradient G, der sich von der Mitte C des Wafers bis zur Diffusionslänge a des Wafers ergibt, innerhalb dieser Werte gehalten werden. Daher sollte V/G in der Mitte nahe bei (V/G)₂ liegen, um die Fehlstellen- Agglomerate auf die mit Fehlstellen angereicherte Region zu begrenzen. Außerdem muss V/G bei der Diffusionslänge L_I vom Rand größer als (V/G)₁ gehalten werden, um Zwischengitter- Agglomerate zu verhindern. Dementsprechend sollte die Heißzone des Ofens bevorzugt derart eingerichtet sein, dass eine Variation in G von der Mitte des Wafers bis zur Diffusionslänge des Wafers gewährleistet ist, so dass V/G zwischen (V/G)₂ und (V/G)₁ gehalten wird.First, the radial temperature gradient G, which results from the center C of the wafer to the diffusion length a of the wafer, must be kept within these values. Therefore, V / G should be close to (V / G) ₂ in the middle to limit the vacancy agglomerates to the vacancy-enriched region. In addition, V / G at the diffusion length L _I from the edge must be kept larger than (V / G) ₁ in order to prevent interstitial agglomerates. Accordingly, the hot zone of the furnace should preferably be set up in such a way that a variation in G from the center of the wafer to the diffusion length of the wafer is ensured, so that V / G is kept between (V / G) ₂ and (V / G) ₁ .

Eine zweite Überlegung besteht darin, dass G axial variiert wird, wenn der Wafer beginnend am Keim und endend am Schwanz aus der Schmelze gezogen wird. Insbesondere die zunehmende thermische Kapazität (Masse) des Blocks, die abnehmende thermische Kapazität der Schmelze und andere thermische Effekte werden im allgemeinen bewirken, dass G abnimmt, sowie der Block aus der Schmelze gezogen wird. Daher wird, um V/G innerhalb der ersten und zweiten kritischen Verhältnisse zu halten, der Verlauf der Zugrate angepasst, wenn der Block aus der Schmelze im Heißzonenofen gezogen wird.A second consideration is that G is axial is varied when the wafer starts at the seed and ends at the Tail is pulled from the melt. especially the increasing thermal capacity (mass) of the block, the decreasing thermal capacity of the melt and others thermal effects will generally cause G decreases as the block is pulled out of the melt. Therefore is going to V / G within the first and second critical To keep ratios, the course of the train rate adjusted when the block is drawn from the melt in the hot zone furnace.

Durch die Regelung von V/G können, während der Block gezogen wird, Fehlstellen-Agglomerate auf die mit Fehlstellen angereicherte Region [V] nahe der Achse A des in Fig. 3D gezeigten Blocks begrenzt werden. Zwischengitter-Agglomerate werden nicht gebildet, so dass der Bereich des Blocks außerhalb der mit Fehlstellen angereicherten Region [V] mit [P] für pur oder perfekt gekennzeichnet wird. Wie auch in Fig. 3D gezeigt, führt dies zu einer Vielzahl von halbreinen Wafern, die in der Mitte eine mit Fehlstellen angereicherte Region aufweisen, die Fehlstellen-Agglomerate beinhalten und zwischen der mit Fehlstellen angereicherten Region und dem Waferrand eine reine Region aufweisen, die frei von Fehlstellen- und Zwischengitter- Agglomeraten ist. Der Durchmesser der mit Fehlstellen angereicherten Region [V] ist derselbe in jedem Wafer. Die Identifikation der Vielzahl von Wafern, die aus einem einzelnen Block gebildet werden, kann durch die ID-Nummer herausgefunden werden, die in Fig. 3D mit ID gekennzeichnet ist und die im allgemeinen ein alphanumerischer Code ist, der auf jedem Wafer markiert ist. Dieses 18 Schriftzeichen lange Feld kann die Wafer identifizieren, solange alle von einem einzelnen Block stammen.By controlling V / G, while the block is being pulled, void agglomerates can be limited to the void-enriched region [V] near axis A of the block shown in FIG. 3D. Interstitial agglomerates are not formed, so that the area of the block outside the region [V] enriched with defects is marked with [P] for pure or perfect. As also shown in FIG. 3D, this leads to a multiplicity of semi-clean wafers which have a region enriched with defects in the middle, which contain defect agglomerates and which have a clean region between the region enriched with defects and the wafer edge, which are free of defect and interstitial agglomerates. The region-enriched region [V] is the same in each wafer. The identification of the plurality of wafers formed from a single block can be found by the ID number, which is labeled ID in Fig. 3D and which is generally an alphanumeric code marked on each wafer. This 18 character field can identify the wafers as long as they all come from a single block.

Fig. 3E erläutert einen Zugratenverlauf, der verwendet wird, um V/G zwischen den beiden kritischen Verhältnissen zu halten, wenn der Block aus der Schmelze gezogen wird. Da G im allgemeinen abnimmt, wenn der Block aus der Schmelze gezogen wird, wird auch die Zugrate V im allgemeinen reduziert, um V/G zwischen den beiden kritischen Verhältnissen zu halten. Um die erwarteten Prozessvariationen zu berücksichtigen, wird V/G bevorzugt in der Mitte zwischen den ersten und den zweiten kritischen Verhältnissen gehalten. Daher wird ein Sicherheitsbereich aufrechterhalten, um Prozessvariationen zu berücksichtigen. Figure 3E illustrates a train rate curve used to maintain V / G between the two critical ratios when the block is pulled from the melt. Since G generally decreases as the ingot is drawn from the melt, the pull rate V is also generally reduced to keep V / G between the two critical ratios. In order to take into account the expected process variations, V / G is preferably held in the middle between the first and the second critical ratios. A security area is therefore maintained to take process variations into account.

Fig. 4A-4E entsprechen den Fig. 3A-3E und erläutern die Regelung eines Zugratenverlaufs, um reine Siliziumblöcke und Siliziumwafer gemäß der in der US-Patentanmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen 08/989.591 offenbarten Erfindung zu bilden. Wie in Fig. 4a gezeigt, kann die Bildung sowohl von Fehlstellen-Agglomeraten als auch von Zwischengitter- Agglomeraten über den gesamten Wafer verhindert werden, wenn V/G innerhalb einer engeren Toleranz zwischen der Wafermitte C und einer Entfernung von einer Diffusionslänge a vom Waferrand E gehalten wird. Daher wird, wie aus Fig. 4B ersichtlich, in der Mitte des Wafers (Achse A des Blocks) das Verhältnis von V/G niedriger als das kritische Verhältnis (V/G)₂ gehalten, welches Fehlstellen-Agglomerate bilden würde. Ähnlicherweise wird V/G oberhalb des kritischen Verhältnisses (V/G)₁ gehalten, welches Zwischengitter-Agglomerate bilden würde. Dementsprechend wird reines Silizium [P] gemäß Fig. 4C gebildet, welches frei von Fehlstellen- und Zwischengitter-Agglomeraten ist. Der reine Block ist in Fig. 4D, zusammen mit einem Satz von reinen Wafern, gezeigt. Ein Zugratenverlauf für reines Silizium ist in Fig. 4E gezeigt. FIGS. 4A-4E correspond to FIGS. 3A-3E and explain the regulation of a train rate curve in order to form pure silicon blocks and silicon wafers according to the invention disclosed in the US patent application with the official file number 08 / 989,591. As shown in Fig. 4a, the formation of both void agglomerates and interstitial agglomerates over the entire wafer can be prevented if V / G is within a closer tolerance between the wafer center C and a distance a diffusion length a from the wafer edge E. is held. Therefore, as can be seen from Figure 4B, in the center of the wafer (axis A of the block) the V / G ratio is kept lower than the critical ratio (V / G) ₂ which would form void agglomerates. Similarly, V / G is kept above the critical ratio (V / G) ₁ which would form interstitial agglomerates. Accordingly, pure silicon [P] is formed as shown in FIG. 4C, which is free from vacancy and interstitial agglomerates. The clean block is shown in Figure 4D, along with a set of clean wafers. A train rate curve for pure silicon is shown in FIG. 4E.

overview Modified Czochralski traction devices

Mit Bezug auf Fig. 5 werden nun erfindungsgemäße Czochralski-Zugvorrichtungen beschrieben. Wie aus Fig. 5 ersichtlich, weist eine modifizierte Czochralski-Zugvorrichtung 200 einen Ofen, einen Kristallzugmechanismus, eine Umgebungsregelungseinheit und ein computergestütztes Regelungssystem auf. Der Czochralski-Ofen wird im allgemeinen als Heißzonenofen bezeichnet. Ein Heißzonenofen weist ein Heizelement 204, einen Tiegel 206, der aus Quarz hergestellt sein kann, eine Halterung 208, die aus Graphit hergestellt sein kann und eine Drehwelle 210, die sich um eine Achse in einer ersten Richtung 212 dreht, wie in Fig. 5 gezeigt. With reference to Fig. 5 of the present invention will now be described Czochralski pulling devices. As seen from Fig. 5, a modified Czochralski pulling device 200 to an oven, a Kristallzugmechanismus, an environment control unit and a computer-based control system. The Czochralski oven is commonly referred to as a hot zone oven. A hot zone oven includes a heating element 204 , a crucible 206 , which can be made of quartz, a holder 208 , which can be made of graphite, and a rotary shaft 210 , which rotates about an axis in a first direction 212 , as in FIG. 5 shown.

Ein Kühlmantel oder Kühlkanal 232 wird durch eine externe Kühlvorrichtung wie z. B. eine Wasserkühlung gekühlt. Ein Hitzeschild 214 kann für eine zusätzliche thermische Verteilung sorgen. Ein Hitzepack 202 ist mit hitzeabsorbierendem Material 216 gefüllt, um für eine zusätzliche thermische Verteilung zu sorgen.A cooling jacket or cooling channel 232 is through an external cooling device such. B. cooled a water cooling. A heat shield 214 can provide additional thermal distribution. A heat pack 202 is filled with heat absorbing material 216 to provide additional thermal distribution.

Der Kristallzugmechanismus beinhaltet eine Kristallzugwelle 220, die sich um eine Achse in einer Richtung 222 drehen kann, die entgegengesetzt zu der Richtung 212 ist, wie in Fig. 5 gezeigt. Die Kristallzugwelle 220 enthält an ihrem Ende eine Keimhalterung 220a. Die Keimhalterung 220a hält einen Kristallkeim 224, der von der Schmelze 226 in dem Tiegel 206 hochgezogen wird, um einen Block 228 zu bilden.The crystal pull mechanism includes a crystal pull shaft 220 that can rotate about an axis in a direction 222 that is opposite to the direction 212 , as shown in FIG. 5. The Kristallzugwelle 220 includes at its end a seed holder 220 a. The germ holder 220 a holds a crystal nucleus 224 , which is pulled up by the melt 226 in the crucible 206 to form a block 228 .

Das Umgebungsregelungssystem kann eine Kammerabdichtung 230, den Kühlmantel 232 und andere Flussregelungen und Vakuumabgassysteme enthalten, die nicht dargestellt sind. Ein computergestütztes Regelungssystem kann verwendet werden, um das Heizelement, die Zugvorrichtung und andere elektrische und mechanische Elemente zu regeln.The environmental control system may include a chamber seal 230 , cooling jacket 232, and other flow controls and vacuum exhaust systems that are not shown. A computerized control system can be used to control the heating element, pulling device and other electrical and mechanical elements.

Um einen monokristallinen Siliziumblock zu wachsen, wird der Kristallkeim 224 mit der Siliziumschmelze 226 in Kontakt gebracht und allmählich, durch die Kristallzugwelle 220 oder andere herkömmliche Vorrichtungen zum Ziehen der Keimhalterung aus dem Tiegel, in die axiale Richtung gezogen (nach oben). Abkühlung und Verfestigung der Siliziumschmelze 226 in monokristallines Silizium geschieht an der Grenzschicht 240 zwischen dem Block 220a und der Schmelze 226.In order to grow a monocrystalline silicon block, the crystal seed 224 is brought into contact with the silicon melt 226 and gradually pulled in the axial direction (upward) by the crystal pull shaft 220 or other conventional means for pulling the seed holder out of the crucible. Cooling and solidification of the silicon melt 226 in monocrystalline silicon occurs at the interface 240 between the block 220 and a melt 226th

Gemäß der Erfindung wird mindestens einer der folgenden Parameter ausgewählt, um einen Temperaturgradienten an der Block-Schmelze-Grenzschicht zu erzeugen, der in der mit A bezeichneten Achse größer als ungefähr 2,5 Grad Kelvin pro Millimeter ist, und der auch mindestens ungefähr gleich dem Temperaturgradienten bei einer mit B bezeichneten Entfernung von einer Diffusionslänge vom zylindrischen Rand ist: die Position des Hitzeschildes 214; die Konfiguration des Hitzeschildes 214; die Position des Heizelements 204; die Konfiguration des Kühlmantels 202; die Position des Tiegels 206; die Konfiguration des Hitzepacks 202; und die Leistung, die für das Heizelement verwendet wird. Anders ausgedrückt, können diese Parameter geregelt werden, um so eine Block- Schmelze-Grenzschicht 240 zu erzeugen, die, wie in Fig. 5 dargestellt, planar oder relativ zur Siliziumschmelze 226 konvex ist.According to the invention, at least one of the following parameters is selected in order to produce a temperature gradient at the block-melt boundary layer which is greater than approximately 2.5 degrees Kelvin per millimeter in the axis labeled A and which is also at least approximately equal to that Temperature gradients at a distance B marked from a diffusion length from the cylindrical edge is: the position of the heat shield 214 ; the configuration of the heat shield 214 ; the position of heating element 204 ; the configuration of the cooling jacket 202 ; the position of the crucible 206 ; the configuration of the heat pack 202 ; and the power used for the heating element. In other words, these parameters can be controlled so as to create a block-melt boundary layer 240 which, as shown in FIG. 5, is planar or convex relative to the silicon melt 226 .

Wie ebenso in Fig. 5 gezeigt, wird ein herkömmliches Hitzeschild durch Hinzufügen einer Hitzeschild-Abdeckung 234 an der Hitzeschild-Unterseite modifiziert. Die Hitzeschild- Abdeckung 234 ist bevorzugt mit einem hitzebeständigen Material wie Karbonferrit gefüllt. Die physikalischen Abmessungen der Hitzeschild-Abdeckung 234 können auch variiert werden, wie unten im Detail beschrieben wird.As also shown in FIG. 5, a conventional heat shield is modified by adding a heat shield cover 234 to the underside of the heat shield. The heat shield cover 234 is preferably filled with a heat resistant material such as carbon ferrite. The physical dimensions of the heat shield cover 234 can also be varied, as described in detail below.

Modifikationen des Hitzepack-Materials 216 können ebenso gemäß der Erfindung vorgenommen werden. Genauer ausgedrückt, weist des Hitzepack-Gehäuse 202, wie aus Fig. 5 ersichtlich, ein oberes Hitzepack-Gehäuse 202a und ein unteres Hitzepack-Gehäuse 202b auf. Hitzeabsorbierendes Material 216, im allgemeinen Carbonferrit, kann aus dem oberen Hitzepack-Gehäuse 202a entfernt werden. Gemäß einer Ausführungsform wird das hitzeabsorbierende Material vom gesamten oberen Hitzepack- Gehäuse 202a entfernt.Modifications to heat pack material 216 may also be made in accordance with the invention. More specifically, the heat pack housing 202 , as shown in FIG. 5, has an upper heat pack housing 202 a and a lower heat pack housing 202 b. Heat absorbing material 216 , generally carbon ferrite, can be removed from the upper heat pack housing 202 a. According to one embodiment, the heat absorbing material is removed from the entire upper heat pack housing 202 a.

Zunächst wird eine theoretische Diskussion der Realisierbarkeit der Erzeugung eines Temperaturgradienten an der Block-Schmelze-Grenzschicht beschrieben, der größer als ungefähr 2,5 Grad Kelvin pro Millimeter in der Achse ist und der ebenso mindestens ungefähr gleich dem Temperaturgradienten im Abstand einer Diffusionslänge vom zylindrischen Rand des Blocks ist. Dann werden Betrachtungen über jeden Parameter, der variiert werden kann, beschrieben. Zuletzt wird die kombinierte Variation der Parameter beschrieben.First, a theoretical discussion of the Realizability of generating a temperature gradient the block-melt boundary layer, which is larger than is approximately 2.5 degrees Kelvin per millimeter in the axis and which is also at least approximately equal to the temperature gradient at a distance of a diffusion length from the cylindrical edge of the Blocks is. Then considerations about each parameter that can be varied. Finally the combined one Variation of the parameters described.

Theoretical discussion

Die Diskussion über die Fabrikation von perfektem Silizium zusammenfassend und wieder bezugnehmend auf Fig. 4B wurde gezeigt, dass der radiale (r) und der axiale (z) Temperaturgradient an der Black-Schmelze-Grenzschicht von der Blockachse bis zu einer Entfernung von einer Diffusionslänge vom zylindrischen Rand des Blocks, entsprechend den Punkten C und einem Abstand L_I vom Punkt E von Fig. 4B, innerhalb des Bereiches zwischen [V]* und [I]* gehalten werden sollte, um perfektes Silizium zu erhalten. Daher gilt:
Summarizing the discussion of the fabrication of perfect silicon and referring again to FIG. 4B, it was shown that the radial (r) and axial (z) temperature gradients at the black melt interface from the block axis to a distance of a diffusion length from cylindrical edge of the block, corresponding to points C and a distance L _I from point E of Fig. 4B, should be kept within the range between [V] * and [I] * in order to obtain perfect silicon. Therefore:

(V/G)₁ < V/G(r) < (V/G)₂ (1)
(V / G) ₁ <V / G (r) <(V / G) ₂ (1)

und (V/G)₁ < V/G(z) < (V/G)₂ (2)and (V / G) ₁ <V / G (z) <(V / G) ₂ (2)

Wenn man
If

ΔV/G = (V/G)₂ - (V/G)₁ (3)
ΔV / G = (V / G) ₂ - (V / G) ₁ (3)

als die Differenz in V/G zwischen der Achse und einer Entfernung von einer Diffusionslänge vom zylindrischen Rand definiert, erhält man folgendes Ergebnis:
defining the difference in V / G between the axis and a distance of a diffusion length from the cylindrical edge gives the following result:

ΔV/G = V (1/G₂ - 1/G₁) = V[(G₁ - G₂) - (G₁G₂)] (4)ΔV / G = V (1 / G ₂ - 1 / G ₁ ) = V [(G ₁ - G ₂ ) - (G ₁ G ₂ )] (4)

Man definiert
You define

ΔG' = G₁ - G₂ (5)
ΔG '= G ₁ - G ₂ (5)

dann sollte, um ΔV/G in Gleichung (4) zu minimieren, die folgenden Beziehungen gültig bleiben:
then, in order to minimize ΔV / G in equation (4), the following relationships should remain valid:

ΔG' <≈ 0 (6)
ΔG '<≈ 0 (6)

und
and

G₂ <≈ 2,5 (7)G ₂ <≈ 2.5 (7)

Die Kombination von Gleichung (5) und (6) ergibt:
The combination of equations (5) and (6) gives:

G₂ <≈ G₁ (8)G ₂ <≈ G ₁ (8)

In Worten ausgedrückt bedeutet Gleichung (8), dass der Temperaturgradient an der Block-Schmelze-Grenzschicht in der Achse (Mitte) mindestens ungefähr gleich dem Temperaturgradienten an der Block-Schmelze-Grenzschicht im Abstand einer Diffusionslänge vom zylindrischen Rand sein sollte. In Worten ausgedrückt bedeutet Gleichung (7), dass der Temperaturgradient an der Block-Schmelze-Grenzschicht in der Achse (Mitte) größer als ungefähr 2,5 Grad Kelvin sein sollte.Expressed in words, equation (8) means that the Temperature gradient at the block-melt boundary layer in the Axis (center) at least approximately equal to that Temperature gradients at the block-melt boundary layer in the Distance of a diffusion length from the cylindrical edge should. Expressed in words, equation (7) means that the Temperature gradient at the block-melt boundary layer in the Axis (center) should be greater than approximately 2.5 degrees Kelvin.

Gleichung (7) wurde auf der Grundlage von experimentellen Beobachtungen erhalten, weil eine praktische untere Grenze für die Zugrate V ungefähr 0,4 Millimeter pro Minute beträgt. Bei Zugraten unterhalb dieser Rate kann der Block von der Keimhalterung fallen. Außerdem beträgt eine praktische untere Grenze für (V/G)₂ 0,16 Millimeter pro Grad Kelvin. Dementsprechend sollte der Temperaturgradient in der Achse größer als ungefähr 2,5 Grad Kelvin pro Millimeter sein.Equation (7) was obtained based on experimental observations because a practical lower limit for the pull rate V is approximately 0.4 millimeters per minute. At pull rates below this rate, the block may fall off the germ holder. In addition, a practical lower limit for (V / G) _{2 is} 0.16 millimeters per degree Kelvin. Accordingly, the temperature gradient in the axis should be greater than approximately 2.5 degrees Kelvin per millimeter.

Gemäß der Erfindung wurde herausgefunden, dass die Block- Schmelze-Grenzschicht 230 von Fig. 5 planar oder, wie in Fig. 5 dargestellt, relativ zur Siliziumschmelze 226 konvex sein wird, falls der Temperaturgradient in der Block-Schmelze-Grenzschicht in der Achse (entsprechend dem Punkt A in Fig. 5) größer als ungefähr 2,5 Grad Kelvin pro Millimeter ist und falls der Temperaturgradient außerdem mindestens ungefähr gleich dem Temperaturgradienten im Abstand einer Diffusionslänge vom zylindrischen Rand (entsprechend dem Punkt B in Fig. 5) ist.According to the invention, it has been found that the block-melt interface 230 of FIG. 5 will be planar or, as shown in FIG. 5, will be convex relative to the silicon melt 226 if the temperature gradient in the block-melt interface is in the axis ( corresponding to point A in FIG. 5) is greater than approximately 2.5 degrees Kelvin per millimeter and if the temperature gradient is also at least approximately equal to the temperature gradient at a distance of a diffusion length from the cylindrical edge (corresponding to point B in FIG. 5).

Qualitativ wurde herausgefunden, dass perfektes Silizium durch ein erhöhtes Heizen am Blockrand verglichen mit der Blockmitte hergestellt werden kann, um die Randabkühlungseffekte zu überkompensieren. Außerdem sollte ein bestimmter minimaler Temperaturgradient in der Mitte ebenso beibehalten werden. Falls diese beiden Kriterien beide erfüllt sind, kann perfektes Silizium hergestellt werden.Qualitatively, it was found that perfect silicon by increased heating at the edge of the block compared to the Block center can be made to the Overcompensate for edge cooling effects. In addition, a certain minimum temperature gradient in the middle as well to be kept. If both of these criteria met both perfect silicon can be produced.

Bei einer Betrachtung der Wärmeüberträge wurde gemäß der Erfindung herausgefunden, dass mehr Hitze (Wärme) von der Schmelze 226 auf die Luft im Tiegel 206 als von der Schmelze 226 auf den Block übertragen werden sollte. In anderen Worten ausgedrückt sollte mehr Hitze über die flüssig/gasförmige Grenzschicht als über die flüssig/feste Grenzschicht übertragen werden. Um diesen bevorzugten Übertrag zu erreichen, sollte zusätzliche Hitze vom Heizelement 204 über die Luft den Rand des Blocks 228 erreichen.When considering the heat transfers, it was found according to the invention that more heat (heat) should be transferred from the melt 226 to the air in the crucible 206 than from the melt 226 to the block. In other words, more heat should be transferred across the liquid / gaseous interface than over the liquid / solid interface. To achieve this preferred carryover, additional heat from heating element 204 should reach the edge of block 228 via the air.

Fig. 6 stellt den radialen Gradienten G als Funktion des Abstandes D von der Mitte (Achse) C zum Rand E des Blocks dar. Wie durch die durchgezogene Linie gezeigt, ist der Gradient in der Block-Schmelze-Grenzschicht in der Mitte C gemäß der Erfindung mindestens ungefähr gleich dem Gradienten in der Block-Schmelze-Grenzschicht im Abstand einer Diffusionslänge L_I von dem zylindrischen Rand E. Dies unterscheidet sich von einem in Fig. 6 als gestrichelte Linie gezeigten herkömmlichen Temperaturgradienten, der im allgemeinen im Abstand einer Diffusionslänge vom Rand E viel größer als in der Mitte C des Blocks ist.6 shows the radial gradient G as a function of the distance D from the center (axis) C to the edge E of the block. As shown by the solid line, the gradient in the block-melt boundary layer is in the center C according to FIG Invention at least approximately equal to the gradient in the block-melt boundary layer at a distance of a diffusion length L _I from the cylindrical edge E. This differs from a conventional temperature gradient shown as a broken line in FIG. 6, which is generally at a distance of a diffusion length from the edge E is much larger than the center C of the block.

Variation parameter

Wie oben beschrieben, wird gemäß der Erfindung mindestens einer der folgenden Parameter ausgewählt, um einen Temperaturgradienten in der Block-Schmelze-Grenzschicht zu erzeugen, der in der Blockachse größer als ungefähr 2,5 Grad Kelvin pro Millimeter ist, und der auch mindestens ungefähr gleich dem Temperaturgradienten im Abstand einer Diffusionslänge vom zylindrischen Rand des Blocks ist: die Position des Hitzeschildes 214; die Konfiguration des Hitzeschildes 214; die Position des Heizelements 204; die Position des Kühlmantels 232; die Position des Tiegels 206; die Konfiguration des Hitzepacks; und die Leistung, die für das Heizelement 204 verwendet wird. In der folgenden Beschreibung wird der Temperaturgradient in der Blockachse, bisher als G₂ bezeichnet, nun mit G_Mitte bezeichnet. Die Auswahl von jedem dieser Parameter wird im folgenden beschrieben. Es wird von denjenigen, die auf dem Gebiet ausgebildet sind, verstanden werden, dass der tatsächliche Wert von jedem Parameter von dem speziellen Hersteller und dem Modell der Czochralski- Zugvorrichtung, welche modifiziert wird, abhängen kann.As described above, according to the invention, at least one of the following parameters is selected in order to produce a temperature gradient in the block-melt boundary layer which is greater than approximately 2.5 degrees Kelvin per millimeter in the block axis, and which is also at least approximately equal the temperature gradient at a distance of a diffusion length from the cylindrical edge of the block is: the position of the heat shield 214 ; the configuration of the heat shield 214 ; the position of heating element 204 ; the position of the cooling jacket 232 ; the position of the crucible 206 ; the configuration of the heat pack; and the power used for heating element 204 . In the following description, the temperature gradient in the block axis, previously referred to as G ₂ , is now referred to as G _center . The selection of each of these parameters is described below. It will be understood by those skilled in the art that the actual value of each parameter may depend on the particular manufacturer and model of the Czochralski traction device being modified.

Außerdem können für eine bestimmte Czochralski-Zugvorrichtung, Mehrfachsätze von Parametern die oben beschriebenen Ergebnisse ergeben.In addition, for a particular Czochralski traction device, Multiple sets of parameters produce the results described above surrender.

Nun wird die Auswahl der Position des Hitzeschildes 214 beschrieben. Wie in Fig. 5 gezeigt, weist der Tiegel 206 ein Tiegel-Oberteil und ein Tiegel-Unterteil und das Hitzeschild 214 ein Hitzeschild-Oberteil und ein Hitzeschild-Unterteil auf. Die Position des Hitzeschildes wird durch eine Variation des Abstands zwischen dem Hitzeschild-Unterteil und dem Tiegel- Oberteil gewählt. Dieser Abstand ist in Fig. 5 mit a bezeichnet. Fig. 7 erläutert graphisch die beobachteten Tendenzen in den Änderungen von ΔG' und G_Mitte als Funktion des Abstands a. Wie gezeigt, kann eine nichtlineare Abhängigkeit zwischen diesen beiden Größen vorliegen.The selection of the position of the heat shield 214 will now be described. As shown in FIG. 5, the crucible 206 has a crucible upper part and a crucible lower part and the heat shield 214 has a heat shield upper part and a heat shield lower part. The position of the heat shield is selected by varying the distance between the lower part of the heat shield and the upper part of the crucible. This distance is denoted by a in FIG. 5. Fig. 7 graphically illustrates the observed trends in the changes in ΔG 'and G _center as a function of distance a. As shown, there may be a non-linear relationship between these two quantities.

Modifikationen in der Konfiguration des Hitzeschildes 214 werden nun beschrieben. Wie in Fig. 5 gezeigt, wird ein herkömmliches Hitzeschild 214 durch Hinzufügen einer Hitzeschild-Abdeckung 234 an dem Hitzeschild-Unterteil modifiziert. Die Hitzeschild-Abdeckung 234 ist bevorzugt mit einem hitzebeständigem Material, wie Carbonferrit gefüllt. Die physikalischen Abmessungen der Hitzeschild-Abdeckung 234 können auch variiert werden, wie unten im Detail beschrieben wird.Modifications to the configuration of the heat shield 214 will now be described. As shown in FIG. 5, a conventional heat shield 214 is modified by adding a heat shield cover 234 to the heat shield base. The heat shield cover 234 is preferably filled with a heat resistant material such as carbon ferrite. The physical dimensions of the heat shield cover 234 can also be varied, as described in detail below.

Nun wird eine Modifikation der Position des Heizelements 204 beschrieben. Wie in Fig. 5 gezeigt, weist das Heizelement 204 ein Heizelement-Oberteil und ein Heizelement-Unterteil auf. Die Position des Heizelements wird durch eine Änderung des Abstands zwischen dem Tiegel-Oberteil und dem Heizelement- Unterteil variiert. Dieser Abstand ist in Fig. 5 als b bezeichnet. Die beobachteten Tendenzen in den Änderungen von G_Mitte und ΔG' als Funktion des Abstands b sind in Fig. 8 gezeigt.A modification of the position of the heating element 204 will now be described. As shown in FIG. 5, the heating element 204 has an upper heating element part and a lower heating element part. The position of the heating element is varied by changing the distance between the upper part of the crucible and the lower part of the heating element. This distance is designated as b in FIG. 5. The observed trends in the changes in G _center and ΔG 'as a function of distance b are shown in FIG. 8.

Gemäß der Erfindung können auch die Position des Heizelements 204 und die Position des Tiegels 206 gleichzeitig relativ zur Abdichtung 230 variiert werden. Insbesondere kann nach einer Änderung des Abstand b zwischen dem Tiegel-Oberteil und dem Heizelement-Unterteil der Abstand d zwischen dem Tiegel 206 und der Abdichtung 230 variiert werden. Fig. 9 erläutert graphisch die beobachteten Tendenzen in den Änderungen von ΔG' und G_Mitte als Funktion des Abstands d, während der Abstand b konstant gehalten wird.According to the invention, the position of the heating element 204 and the position of the crucible 206 can also be varied at the same time relative to the seal 230 . In particular, after a change in the distance b between the upper part of the crucible and the lower part of the heating element, the distance d between the crucible 206 and the seal 230 can be varied. Fig. 9 graphically illustrates the observed trends in the changes in ΔG 'and G _center as a function of distance d while keeping distance b constant.

Nun wird eine Modifikation des Kühlmantels beschrieben. Wie in Fig. 5 gezeigt, weist der Kühlmantel 232 ein Kühlmantel- Oberteil und ein Kühlmantel-Unterteil auf. Gemäß der Erfindung wird die Position des Kühlmantels durch eine Änderung des Abstands zwischen dem Tiegel-Oberteil und dem Kühlmantel- Unterteil variiert. Dieser Abstand ist in Fig. 5 mit c bezeichnet. Fig. 10 erläutert graphisch die beobachteten Tendenzen in den Änderungen von G_Mitte und ΔG' als Funktion des Abstands c.A modification of the cooling jacket will now be described. As shown in FIG. 5, the cooling jacket 232 has an upper cooling jacket part and a lower cooling jacket part. According to the invention, the position of the cooling jacket is varied by changing the distance between the upper part of the crucible and the lower part of the cooling jacket. This distance is designated c in Fig. 5. Fig. 10 graphically illustrates the observed trends in the changes in G _center and ΔG 'as a function of distance c.

Gemäß der Erfindung können auch Modifikationen des Hitzepack-Materials 216 vorgenommen werden. Genauer ausgedrückt, weist des Hitzepack-Gehäuse 202, wie aus Fig. 5 ersichtlich, ein oberes Hitzepack-Gehäuse 202a und ein unteres Hitzepack-Gehäuse 202b auf. Hitzeabsorbierendes Material 216, im allgemeinen Carbonferrit, kann aus dem oberen Hitzepack- Gehäuse 202a entfernt werden. Gemäß einer Ausführungsform wird das hitzeabsorbierende Material vom gesamten oberen Hitzepack- Gehäuse 202a entfernt. Fig. 11 erläutert graphisch die beobachteten Tendenzen in den Änderungen von ΔG', G_Mitte und die Menge von hitzeabsorbierendem Material 216, welches aus dem oberen Hitzepack-Gehäuse 202a entfernt wird.Modifications to heat pack material 216 may also be made in accordance with the invention. More specifically, the heat pack housing 202 , as shown in FIG. 5, has an upper heat pack housing 202 a and a lower heat pack housing 202 b. Heat absorbing material 216 , generally carbon ferrite, can be removed from the upper heat pack housing 202 a. According to one embodiment, the heat absorbing material is removed from the entire upper heat pack housing 202 a. Fig. 11 graphically illustrates the observed trends in the changes of ΔG ', G _center and the amount of heat absorbing material 216 which is a distance from the upper heat pack housing 202.

Combined variation of the parameters

Wie oben beschrieben, kann jeder der Parameter der Czochralski-Zugvorrichtung einzeln G_Mitte und ΔG' nichtlinear ändern. Dementspechend können zur Variation von allen Parametern die Methode "Try and Error" und/oder Simulationen verwendet werden, um ΔG' <≈ 0 und G_Mitte <≈ 2,5 erhalten.As described above, each of the parameters of the Czochralski puller can individually change G _center and ΔG 'nonlinearly. Accordingly, the method "Try and Error" and / or simulations can be used to vary all parameters in order to obtain ΔG '<≈ 0 and G _center <≈ 2.5.

Gemäß der Erfindung wurde herausgefunden, dass die folgenden Schritte durchgeführt werden müssen, um eine Czochralski-Zugvorrichtung zu modifizieren. Bezugnehmend auf Fig. 12, muss bei Block 1200 mindestens ein Parameter von den Parametern Position a des Hitzeschildes, Form des Hitzeschildes und Position b des Heizelements ausgewählt werden, um einen Temperaturgradienten in der Block-Schmelze-Grenzschicht in der Achse zu erzeugen, der mindestens ungefähr gleich dem Temperaturgradienten im Abstand einer Diffusionslänge vom zylindrischen Rand ist. Ferner werden bevorzugt alle Parameter, die Position a des Hitzeschildes 214, die Konfiguration des Hitzeschildes 214 und die Position b des Heizelements ausgewählt, um ΔG' zu minimieren. Leider kann während dieses Vorgangs auch der Temperaturgradient G_Mitte in der Achse abnehmen.According to the invention it has been found that the following steps have to be carried out in order to modify a Czochralski pulling device. Referring to FIG. 12, at block 1200, at least one parameter must be selected from the position of the heat shield, shape of the heat shield, and position b of the heating element to produce a temperature gradient in the block-melt boundary layer in the axis that is at least is approximately equal to the temperature gradient at a distance of a diffusion length from the cylindrical edge. Furthermore, all parameters, the position a of the heat shield 214 , the configuration of the heat shield 214 and the position b of the heating element are preferably selected in order to minimize ΔG '. Unfortunately, the temperature gradient G _center in the axis can also decrease during this process.

Dann wird bei Block 1210 mindestens ein Parameter von den Parametern Position c des Kühlmantels 232, Menge des hitzeabsorbierenden Materials 216 im Hitzepack 202 und Position d des Tiegels 206 modifiziert, um einen Temperaturgradienten in der Block-Schmelze-Grenzschicht in der Achse zu erzeugen, der größer als ungefähr 2,5 Grad Kelvin pro Millimeter ist. Weiterhin werden bevorzugt alle Parameter, der Kühlmantel- Anstand c, die Menge des hitzeabsorbierenden Materials und der Tiegel-Abstand d modifiziert, um G_Mitte zu maximieren.Then at block 1210, at least one parameter is modified from the parameters position c of the cooling jacket 232 , amount of heat absorbing material 216 in the heat pack 202 and position d of the crucible 206 to produce a temperature gradient in the block-melt boundary layer in the axis that is greater than approximately 2.5 degrees Kelvin per millimeter. Furthermore, all parameters, the cooling jacket distance c, the amount of heat-absorbing material and the crucible distance d are preferably modified in order to maximize G _center .

Leider kann die Maximierung von G_Mitte bei Block 1210 bewirken, dass ΔG' ansteigt. Demzufolge wird bei Block 1230 ein Kontrolle vorgenommen, ob ΔG' noch kleiner oder ungefähr gleich Null ist. Wenn ja, dann ist die Czochralski-Zugvorrichtung optimiert. Falls nein, dann wird in Block 1230 die Heizleistung reduziert und die Verfahren von den Blöcken 1200 und 1210 werden erneut durchgeführt, bis ΔG' kleiner oder ungefähr gleich Null ist.Unfortunately, maximizing G _center at block 1210 can cause ΔG 'to increase. Accordingly, a check is made at block 1230 as to whether ΔG 'is still less than or approximately zero. If so, then the Czochralski pulling device is optimized. If no, then the heating power is reduced in block 1230 and the procedures from blocks 1200 and 1210 are performed again until ΔG 'is less than or approximately equal to zero.

Configuration of the heat shield

Es wurde herausgefunden, dass die Konfiguration des Hitzeschildes 214 von Fig. 5 einen großen Einfluss auf die Leistung der Czochralski-Zugvorrichtung hat. Demzufolge wird nun die genaue Form des Hitzeschildes 214 beschrieben.It has been found that the configuration of the heat shield 214 of FIG. 5 has a major impact on the performance of the Czochralski traction device. Accordingly, the precise shape of the heat shield 214 will now be described.

Fig. 13 ist eine vergrößerte Ansicht des Hitzeschildes 214 von Fig. 5 und der Elemente, die das Hitzeschild 214 umgeben. Wie aus Fig. 13 ersichtlich, weist das Hitzeschild 214 bevorzugt eine ringförmige Hitzeschild-Abdeckung oder -Gehäuse 234 innerhalb des Tiegels 206 auf. Das ringförmige Hitzeschild- Gehäuse 234 kann Carbon-beschichtetem Siliziumcarbid aufweisen und weist bevorzugt eine innere Hitzeschild-Gehäusewand 1310, eine äußere Hitzeschild-Gehäusewand 1320, einen schrägen Hitzeschild-Gehäuseboden 1330 und ein Hitzeschild-Gehäusedeckel 1340 auf, welcher ebenso bevorzugt schräg ist. Das Hitzeschild- Gehäuse beinhaltet Isoliermaterial 1360, wie Carbonferrit. Ein Stützelement 1350 hält das ringförmige Hitzeschild-Gehäuse 234 innerhalb des Tiegels 206. Das Stützelement 1350 kann ebenso Carbon-beschichtetes Siliziumcarbid aufweisen. FIG. 13 is an enlarged view of the heat shield 214 of FIG. 5 and the elements surrounding the heat shield 214 . As can be seen in FIG. 13, the heat shield 214 preferably has an annular heat shield cover or housing 234 within the crucible 206 . The annular heat shield housing 234 can have carbon-coated silicon carbide and preferably has an inner heat shield housing wall 1310 , an outer heat shield housing wall 1320 , an oblique heat shield housing base 1330 and a heat shield housing cover 1340 , which is also preferably oblique. The heat shield housing contains insulating material 1360 , such as carbon ferrite. A support member 1350 holds the annular heat shield housing 234 within the crucible 206 . The support element 1350 can also have carbon-coated silicon carbide.

Wie aus Fig. 13 ersichtlich, sind sind die innere und die äußere Hitzeschild-Wand 1310 und 1320 bevorzugt vertikale innere und äußere Hitzeschild-Wände. Der Hitzeschild- Gehäuseboden 1330 und der Hitzeschild-Gehäusedeckel 1340 verlaufen bevorzugt schräg und schließen auf diese Weise jeweils Winkel α und β mit der Horizontalen ein., As is apparent from FIG. 13, the inner and outer heat shield wall 1310 and 1320 preferably vertical inner and outer heat shield walls. The heat shield housing base 1330 and the heat shield housing cover 1340 preferably run obliquely and in this way enclose angles α and β with the horizontal.

Gemäß der Erfindung wurde herausgefunden, dass viele der physikalischen Parameter des ringförmigen Hitzeschild-Gehäuses 234 variiert werden können, um den Temperaturgradienten in der Mitte des Blocks 228 relativ zu dem Rand des Blocks 228 zu verändern. Unter den Variablen, die verändert werden können, sind der Winkel α des Bodens 1330, der Winkel β des Deckels 1340, die Länge a der inneren Wand 1310, der Abstand b zwischen der inneren Wand 1310 und der äußeren Wand 1320, die Länge c der äußeren Wand 1320, der Abstand d zwischen dem Tiegel 206 und der inneren Wand 1320 und der Abstand e zwischen dem Tiegel-Oberteil und dem schrägen Boden 1330.According to the invention, it has been found that many of the physical parameters of the annular heat shield housing 234 can be varied to change the temperature gradient in the center of block 228 relative to the edge of block 228 . Among the variables that can be changed are the angle α of the bottom 1330 , the angle β of the lid 1340 , the length a of the inner wall 1310 , the distance b between the inner wall 1310 and the outer wall 1320 , the length c of the outer wall 1320 , the distance d between the crucible 206 and the inner wall 1320 and the distance e between the crucible top and the inclined bottom 1330 .

Im allgemeinen beinhaltet das ringförmige Hitzeschild- Gehäuse 234 Isoliermaterial 1360. Das Isoliermaterial 1360 isoliert die Hitze des Heizelements 204 vom Block 228. Das Isoliermaterial 1360 hält auch die Hitze ab, die vom Block 228 abgestrahlt wird.Generally, the annular heat shield housing 234 contains insulating material 1360 . Insulating material 1360 insulates the heat of heating element 204 from block 228 . Insulation material 1360 also blocks the heat radiated from block 228 .

Insbesondere, wenn α zunimmt und alle anderen Variablen gleich bleiben, kann die Temperatur am Punkt x (Schnittpunkt der inneren Wand 1310 und des Bodens 1330 des ringförmigen Hitzeschild-Gehäuses 234) zunehmen. Die Temperatur am Punkt y nahe des Blocks 228 kann auch, wegen des erhöhten Wärmeerhalts beim Block 228, ansteigen. Wenn außerdem die Länge a gegenüber der Länge c vergrößert wird, kann mehr Wärme beim Block gehalten werden, so dass zwar die Temperaturen am Punkt x und am Punkt b ansteigen können, der Temperaturgradient in der Mitte des Blocks 228 aber abnehmen kann. Wenn im Gegensatz β vergrößert wird, dann kann der Temperaturgradient in der Mitte des Blocks 228 zunehmen.In particular, if α increases and all other variables remain the same, the temperature at point x (intersection of inner wall 1310 and bottom 1330 of annular heat shield housing 234 ) may increase. The temperature at point y near block 228 may also rise due to the increased heat retention at block 228 . Also, if length a is increased from length c, more heat can be held at the block so that the temperatures at point x and point b may increase, but the temperature gradient in the middle of block 228 may decrease. In contrast, if β is increased, the temperature gradient in the middle of block 228 may increase.

Die Position des Hitzeschild-Gehäuses 234 relativ zum Tiegel 206, in Fig. 13 mit d bezeichnet, kann ebenso die Leistung der Czochralski-Zugvorrichtung beeinflussen. Insbesondere wenn d vergrößert wird, kann ein größerer Wärmeerhalt durch die Wärmestrahlung des Blocks verursacht werden, so dass die Temperatur am Punkt x und am Punkt y steigen kann. Außerdem kann die Differenz zwischen den Temperaturgradienetn in der Mitte und am Rand des Blocks 228 abnehmen und die Temperatur in der Mitte des Blocks kann ebenso annehmen. Zuletzt kann auch der axiale Abstand zwischen dem Hitzeschild-Gehäuse 234 und dem Tiegel 206, in Fig. 13 als e bezeichnet, variiert werden. Insbesondere wenn das Hitzeschild- Gehäuse 234 relativ zum Tiegel 206 nach oben bewegt wird und dadurch der Abstand e zunimmt, kann der Temperaturgradient in der Mitte des Blocks zunehmen und die Differenz zwischen den Temperaturgradienten in der Mitte des Blocks und am Rand des Blocks kann ebenso zunehmen.The position of the heat shield housing 234 relative to the crucible 206 , designated d in FIG. 13, may also affect the performance of the Czochralski puller. In particular, if d is increased, greater heat retention can be caused by the heat radiation of the block, so that the temperature at point x and point y can rise. In addition, the difference between the temperature gradients at the center and edge of block 228 may decrease and the temperature at the center of the block may also increase. Finally, the axial distance between the heat shield housing 234 and the crucible 206 , designated e in FIG. 13, can also be varied. In particular, when the heat shield case 234 is moved upward relative to the crucible 206 and thereby the distance e increases, the temperature gradient in the center of the block can increase and the difference between the temperature gradients in the center of the block and at the edge of the block can also increase .

Demzufolge können alle dieser Parametern variiert werden, um einen Temperaturgradienten an der Block-Schmelze- Grenzschicht zu erzeugen, der in der Achse größer als ungefähr 2,5 Grad Kelvin pro Millimeter ist und der außerdem mindestens ungefähr gleich dem Temperaturgradienten im Abstand einer Diffusionslänge vom zylindrischen Rand des Blocks ist.As a result, all of these parameters can be varied, around a temperature gradient at the block melt To create boundary layer that is larger than approximately in the axis Is 2.5 degrees Kelvin per millimeter and at least that approximately equal to the temperature gradient at a distance Diffusion length from the cylindrical edge of the block is.

Die Fig. 14A-14D erläutern ebenso verschiedene Ausgestaltungsformen des Stützelements 1350, die ebenso einen Einfluss auf die thermischen Eigenschaften der Czochralski- Zugvorrichtung haben. Fig. 14A-14D sind perspektivische Teilansichten eines Hitzeschildes 214. Wie aus Fig. 14A ersichtlich, kann das Stützelement 1350 einen oder mehrere Stützarme 1410 enthalten. Alternativ, wie in Fig. 14B gezeigt, kann das Stützelement 1350 ein ringförmiges Stützelement 1420 sein. Das ringförmige Stützelement 1420 kann ein oder mehrere Fenster 1430 beinhalten. Die Fenster 1430 können Öffnungen oder Quarzfenster sein. Das ringförmige Stützelement 1420 kann, wie dargestellt, schräg sein. FIGS. 14A-14D illustrate just different embodiments of the support member in 1350, which also have an impact on the thermal properties of Czochralski pulling device. FIG. 14A-14D are partial perspective views of a heat shield 214th As shown in FIG. 14A, the support member 1350 may include one or more support arms 1410th Alternatively, as shown in FIG. 14B, the support member 1350 may be an annular support member 1420 . The annular support member 1420 may include one or more windows 1430 . Windows 1430 can be openings or quartz windows. The annular support member 1420 may be oblique as shown.

Wie aus Fig. 14C ersichtlich, können die Stützarme 1410 hohle Stützarme 1410' sein, die innen Isoliermaterial 1440 enthalten. Ebenso kann das ringförmige Stützelement 1420, wie in Fig. 14D gezeigt, ein hohles ringförmiges Stützelement 1420' sein, welches innen Isoliermaterial 1450 enthält. Es kann ebenso verstanden werden, dass das Stützelement nicht, wie dargestellt, an der äußeren Wand des ringförmigen Hitzeschild- Gehäuses 234 befestigt sein muss. Vielmehr kann die Befestigungsposition zwischen der äußeren und der inneren Wand variiert werden.As shown in FIG. 14C, the support arms 1410 may be hollow support arms 1410 'containing inner insulating 1440th Likewise, as shown in FIG. 14D, the annular support member 1420 may be a hollow annular support member 1420 'that contains insulating material 1450 inside. It can also be understood that the support member need not be attached to the outer wall of the annular heat shield housing 234 as shown. Rather, the mounting position between the outer and inner walls can be varied.

Es wurde herausgefunden, dass das Hinzufügen von Isoliermaterial in die Stützelemente 1410 oder 1420, um jeweils hohle Stützelemente 1410' und 1420' zu erzeugen, das Heizelement 204 von dem Block 228 isolieren kann und ebenso einen schnelleren Wärmetransfer von der Blockoberfäche schaffen kann. Daher können Temperaturgradienten in der Mitte des Blocks größer werden und die Differenz zwischen den Temperaturgradienten in der Blockmitte und verglichen mit dem Rand des Blocks kann ebenso kleiner werden.It has been found that adding insulation material to the support members 1410 or 1420 to create hollow support members 1410 'and 1420 ', respectively, can insulate the heating element 204 from the block 228 and also provide faster heat transfer from the block surface. Therefore, temperature gradients in the center of the block can become larger and the difference between the temperature gradients in the center of the block and compared to the edge of the block can also be smaller.

Bei der Modifikation der Czochralski-Zugvorrichtung zum Schaffen eines Temperaturgradienten in der Block-Schmelze- Grenzschicht, der in der Achse größer als ungefähr 2,5 Grad Kelvin pro Millimeter ist und der außerdem mindestens ungefähr gleich dem Temperaturgradienten im Abstand einer Diffusionslänge vom zylindrischen Rand des Blocks ist, wurde herausgefunden, dass das Anpassen von α, a und c die Erzeugung eines Temperaturgradienten in der Block-Schmelze-Grenzschicht bestimmt, der in der Achse größer als im Abstand einer Diffusionslänge vom zylindrischen Rand ist. Außerdem kann das Anpassen von β und das Bereitstellen von Isoliermaterial in dem Stützarm den Temperaturgradienten in der Achse bestimmen. Demzufolge können bei der Formgebung des Hitzeschildes 214, α, a und c vergrößert werden, um ΔG' zu reduzieren. Dann kann β erhöht werden und Isoliermaterial hinzugefügt werden, um ein genügend großes G_Mitte zu erhalten. Eine Ausführungsform des ringförmigen Hitzeschild-Gehäuses weist eine äußere Wand 1320 mit einer Länge von 125 mm, eine innere Wand mit einer Länge von 55 mm, einen Abstand d von 7,4 mm und einen Winkel α von 5 Grad auf.In the modification of the Czochralski traction device to create a temperature gradient in the block-melt boundary layer which is greater than approximately 2.5 degrees Kelvin per millimeter in the axis and which is also at least approximately equal to the temperature gradient at a distance of a diffusion length from the cylindrical edge of the Blocks, it has been found that fitting α, a and c determines the generation of a temperature gradient in the block-melt boundary layer that is greater in the axis than the distance of a diffusion length from the cylindrical edge. In addition, adjusting β and providing insulating material in the support arm can determine the temperature gradient in the axis. As a result, when the heat shield 214 is shaped , α, a and c can be increased to reduce ΔG '. Then β can be increased and insulation material added to obtain a sufficiently large G _center . One embodiment of the annular heat shield housing has an outer wall 1320 with a length of 125 mm, an inner wall with a length of 55 mm, a distance d of 7.4 mm and an angle α of 5 degrees.

Claims

1. Heat shield for a Czochralski pulling device that grows monocrystalline silicon blocks, the Czochralski pulling device having a crucible that absorbs the silicon melt, the heat shield having:
an annular heat shield housing having inner and outer heat shield housing walls, an oblique heat shield housing base and a heat shield housing cover extending between the inner and outer heat shield housing walls, the heat shield housing containing insulating material inside, and
a support element that is designed so that it holds the heat shield housing within the crucible.

2. Heat shield according to claim 1, wherein the inner and the external heat protection wall are vertical walls, and in which the Heat shield housing cover an oblique heat shield Housing cover is.

3. Heat shield according to claim 1 or 2, in which the Support element has at least one support arm that extends up to extends to the annular heat shield housing.

4. Heat shield according to claim 3, in which at least one Support arm is a hollow support arm, the inside of insulating material contains.

5. Heat shield according to claim 1, wherein the support element has an annular support element.

6. Heat shield according to claim 5, wherein the annular Support element an inner and an outer support element wall which contain insulating material between them.

7. Heat shield according to claim 5 or 6, in which the annular support element has at least one window inside.

8. Heat shield according to one of claims 5 to 7, in which the annular support member is an oblique annular Support element is.

9. Heat shield according to one of claims 1 to 8, wherein the Czochralski pulling device also has a device for pulling the germ holder away from the crucible, thereby pulling a monocrystalline silicon block from the melt,
wherein the monocrystalline silicon block has an axis and a cylindrical rim, and wherein the silicon melt and the block define a block-melt interface between them, and
wherein the heat shield housing cover is an oblique heat shield housing cover, the inner heat shield wall has an inner wall length, the oblique heat shield housing base spans a first angle with the horizontal and the oblique heat shield housing cover spans a second angle with the horizontal, at least one parameter the inner wall length, the first angle and the second angle is selected to produce a temperature gradient in the block-melt boundary layer in the axis which is at least approximately equal to the temperature gradient at a distance from a diffusion length from the cylindrical edge.

10. Czochralski pulling device for growing monocrystalline silicon blocks comprising:
a seal;
a crucible within the seal that receives the silicon melt;
a germ holder inside the seal, near the crucible;
a heating element within the seal that surrounds the crucible; and
an annular heat shield housing within the crucible, comprising an inner and an outer heat shield housing wall and an inclined heat shield housing base and a heat shield housing cover, which extends between the inner and outer heat shield housing wall, the heat shield housing inside insulating material contains and
a support element by which the heat shield housing is held within the crucible.

11. Czochralski pulling device according to claim 10, wherein the inner and the outer heat protection wall vertical inner or outer heat protection walls and where the heat shield Housing cover is an oblique heat shield housing cover.

12. Czochralski pulling device according to claim 10 or 11, further comprising a heat pack within the seal that surrounds the heating element, the of the support element annular heat shield housing of the heat pack inside the Tiegel is supported.

13. Czochralski pulling device according to claim 10 or 11, in which the support element has at least one support arm, which extends to the annular heat shield housing.

14. Czochralski pulling device according to claim 13, wherein at least one support arm is a hollow support arm that is inside Contains insulation material.

15. Czochralski pulling device according to claim 10, wherein the support element has an annular support element.

16. Czochralski pulling device according to claim 15, wherein the annular support member an inner and an outer Support element wall has, between them insulating material contain.

17. Czochralski pulling device according to claim 15 or 16, wherein the annular support member inside at least one window having.

18. Czochralski pulling device according to one of claims 15 to 17, wherein the annular support member is an oblique is annular support member.

19. Czochralski pulling device according to one of claims 12 to 18, where the heat pack is an upper heat pack case and has a lower heat pack case with the lower one Heat pack housing is filled with heat absorbing material and at least partially the upper heat pack case is not filled with heat absorbing material.

20. Czochralski pulling device according to claim 19, wherein the upper heat pack housing is free of heat absorbing Material is.

21. Czochralski pulling device according to one of claims 10 to 20, further comprising a device for pulling the Pot holder from the crucible to create a monocrystalline Pull silicon block from the melt, the monocrystalline silicon block one axis and one has cylindrical edge and wherein the silicon melt and the block between them is a block-melt boundary layer define and where the heat shield case cover is an oblique Heat shield housing cover is one, the inner heat shield wall Has inner wall length, the oblique heat shield case bottom a first angle with the horizontal and the oblique Heat shield case cover a second angle with the Clamp the horizontal and at least one parameter from the Inner wall length, the first angle and the second angle is selected to have a temperature gradient in the block To produce melt boundary layer in the axis of at least approximately equal to the temperature gradient at a distance Diffusion length from the cylindrical edge is.

22. Czochralski pulling device for growing monocrystalline silicon blocks comprising:
a seal;
a crucible within the seal that receives the silicon melt;
a germ holder inside the seal, near the crucible;
a heating element within the seal that surrounds the crucible;
a heat shield between the crucible and the germ holder;
a cooling jacket between the heat shield and the germ holder; and
a heat pack within the seal that surrounds the heating element, the heat pack having an upper heat pack housing and a lower heat pack housing, and the lower heat pack housing being filled with heat absorbing material and the upper heat pack housing at least partially not with heat absorbing material is filled.

23. Czochralski pulling device according to claim 22, wherein the heat shield of the upper heat pack housing between the Crucible and the germ holder extends.

24. Czochralski pulling device for growing monocrystalline silicon blocks comprising:
a seal;
a crucible within the seal that receives the silicon melt;
a germ holder inside the seal, near the crucible;
a heating element within the seal that surrounds the crucible;
a heat pack within the seal that surrounds the heating element;
a heat shield between the crucible and the germ holder;
a cooling jacket between the heat shield and the germ holder; and
means for pulling the seed holder away from the crucible to thereby pull a monocrystalline silicon block from the melt, the monocrystalline silicon block having an axis and a cylindrical rim, and wherein the silicon melt and the block define a block-melt interface between them;
wherein at least one parameter is selected from the position of the heat shield, the configuration of the heat shield, the position of the heating element, the configuration of the cooling jacket, the position of the crucible, the configuration of the heat pack and the power used for the heating element 204 , that such a temperature gradient is generated at the block-melt boundary layer which is greater than approximately 2.5 degrees Kelvin per millimeter in the axis and which is also at least approximately equal to the temperature gradient at a distance of a diffusion length from the cylindrical edge.

25. Czochralski pulling device according to claim 24 or 25, where the crucible is a crucible upper part and a crucible lower part and in which the heat shield has a heat shield upper part and has a heat shield base and in which the position of the heat shield by varying the distance between the Heat shield untex part and the crucible upper part is selected.

26. Czochralski pulling device according to claim 24, wherein the heat shield a heat shield upper part and a heat shield Has lower part and in which the configuration of the Heat shield by providing a heat shield Cover is selected on the lower part of the heat shield.

27. Czochralski pulling device according to claim 26, wherein the heat shield cover inside the crucible has an annular heat shield housing, which has an inner and an outer heat shield case wall and an oblique one Heat shield housing base and a heat shield housing cover which is located between the inner and outer Extend heat shield housing wall, the heat shield Housing inside contains insulating material.

28. Czochralski pulling device according to claim 27, wherein the oblique heat shield housing makes an angle with the Horizontal defined and in which the configuration of the Heat shield is selected by varying the angle.

29. Czochralski pulling device according to one of claims 24 to 28, in which the crucible has a crucible upper part and a crucible Has lower part and in which the heating element is a heating element Has upper part and a heating element lower part and in which the Position of the heating element by varying the distance between the upper part of the crucible and the lower part of the heating element is selected.

30. Czochralski pulling device according to claim 29, wherein the position of the heating element and the position of the crucible are simultaneously variable relative to the seal.

31. Czochralski pulling device according to one of claims 24 to 30, in which the crucible is a crucible upper part and a crucible Has lower part and in which the cooling jacket a cooling jacket Has upper part and a cooling jacket lower part and in which the Position of the cooling jacket by varying the distance between the upper part of the crucible and the lower part of the cooling jacket is.

32. Czochralski pulling device according to one of claims 24 to 31, where the heat pack is an upper heat pack case and has a lower heat pack case, both with one heat absorbing material are filled and in which the Configuration of the heat pack by removing at least some of the heat absorbing material from the top Heat pack housing is selected.

33. Czochralski pulling device according to one of claims 24 to 32, where at least one parameter from the position of the Heat shield, the configuration of the heat shield and the Position of the heating element is selected such that the Temperature gradient in the block-melt boundary layer in the Axis is generated that is at least approximately equal to that Temperature gradients at a distance of a diffusion length from is cylindrical edge, and at least one parameter from the configuration of the cooling jacket, the position of the crucible and the configuration of the heat pack is selected such that the temperature gradient in the block-melt boundary layer generated in the axis that is greater than approximately 2.5 degrees Kelvin per millimeter.

34. Czochralski pulling device according to claim 33, wherein the crucible has a top part and a bottom part has, in which the heat shield a heat shield upper part and has a heat shield lower part and in which the heating element a heating element upper part and a heating element lower part has, the position of the heat shield by the Variation of the distance between the lower part of the heat shield and the crucible top is selected, the configuration of the Heat shield by providing a heat shield Cover is selected on the lower part of the heat shield and where the position of the heating element by varying the distance between the top of the crucible and the top of the heating element is selected and at which the position of the heat shield, the Configuration of the heat shield and the position of the Heating element is selected together such that a Temperature gradient in the block-melt boundary layer in the Axis is generated that is greater than the temperature gradient on is cylindrical edge.

35. Czochralski pulling device according to claim 34, wherein the crucible has a top part and a bottom part has, in which the heating element a heating element upper part and has a heating element lower part, in which the cooling jacket Has cooling jacket upper part and a cooling jacket lower part and where the heat pack has an upper heat pack case and a has lower heat pack housing, each with heat absorbing material is filled and in which the Position of the heating element by varying the distance between the top of the crucible and the top of the heating element is selected in which the position of the heating element and the Position of the crucible also axially, relative to the Sealing can be varied at which the position of the Cooling jacket by varying the distance between the Crucible upper part and the cooling jacket lower part is selected at the configuration of the heat pack by removing at least some of the heat absorbing material from the upper heat pack housing is selected and the Configuration of the cooling jacket, the position of the crucible, the common position of heating element and crucible and the Heat pack configuration are all selected so that a temperature gradient in the block-melt boundary layer in the axis that is greater than about 2.5 degrees Kelvin per millimeter.

36. Czochralski pulling device for growing monocrystalline silicon blocks, comprising:
a seal;
a crucible within the seal that receives the silicon melt;
a germ holder inside the seal, near the crucible;
a heating element within the seal that surrounds the crucible;
a heat pack within the seal that surrounds the heating element;
a heat shield between the crucible and the germ holder;
a cooling jacket between the heat shield and the germ holder; and
means for pulling the seed holder away from the crucible to thereby pull a monocrystalline silicon block from the melt, the monocrystalline silicon block having an axis and a cylindrical rim, and wherein the silicon melt and the block define a block-melt interface between them; in which
at least one parameter is selected from the position of the heat shield, the configuration of the heat shield, the position of the heating element, the configuration of the cooling jacket, the position of the crucible, the configuration of the heat pack and the power used for the heating element such that a Block-melt boundary layer is generated, which is planar or convex relative to the silicon melt.

37. Czochralski pulling device according to claim 36, wherein the crucible has a top part and a bottom part and in which the heat shield has a heat shield upper part and has a heat shield base and in which the position of the heat shield by varying the distance between the lower part of the heat shield and the upper part of the crucible.

38. Czochralski pulling device according to claim 36 or 37, where the heat shield is a heat shield top and a Has heat shield lower part and in which the configuration of the heat shield by providing a heat shield Cover is selected on the lower part of the heat shield.

39. Czochralski pulling device according to claim 38, wherein the heat shield cover is an annular heat shield housing within the crucible, which has an inner and a has outer heat shield housing wall and an oblique Heat shield housing base and a heat shield housing cover which is located between the inner and outer Extend heat shield housing wall, the heat shield Housing inside contains insulating material.

40. Czochralski pulling device according to one of claims 36 to 39, at which the oblique heat shield case makes an angle with the horizontal and the configuration of the heat shield is chosen by varying the angle becomes.

41. Czochralski pulling device according to one of claims 36 to 40, in which the crucible is a crucible upper part and a crucible Has lower part and in which the heating element is a heating element Has upper part and a heating element lower part and in which the Position of the heating element by varying the distance between the top of the crucible and the top of the heating element is chosen.

42. Czochralski pulling device according to claim 41, wherein the position of the heating element and the position of the crucible can be varied axially at the same time, relative to the seal.

43. Czochralski pulling device according to one of claims 36 to 42, in which the crucible has a crucible upper part and a crucible Has lower part and in which the cooling jacket a cooling jacket Has upper part and a cooling jacket lower part and in which the Position of the cooling jacket by varying the distance between the upper part of the crucible and the lower part of the cooling jacket is chosen.

44. Czochralski pulling device according to one of claims 36 to 43, where the heat pack is an upper heat pack case and has a lower heat pack case, each with heat absorbing material is filled and in which the Configuration of the heat pack by removing at least some of the heat absorbing material from the top Heat pack housing is selected.

45. A method of modifying a Czochralski traction device to grow perfect monocrystalline silicon blocks free from void agglomerates and interstitial agglomerates, the Czochralski traction device being a seal, a crucible within the seal that receives the silicon melt, a germ holder within the seal near the crucible, a heating element within the seal which surrounds the crucible, a heat pack within the seal which surrounds the heating element, a heat shield between the crucible and the germ holder, a cooling jacket between the heat shield and the germ holder and a device for pulling away the germ holder from the crucible, thereby pulling a monocrystalline silicon block from the melt, the monocrystalline silicon block having an axis and a cylindrical edge, and wherein the silicon melt and the block define a block-melt boundary layer between them The method for modifying a Czochralski traction device to grow perfect monocrystalline silicon blocks comprises the following steps:
Selection of at least one parameter from the position of the heat shield, the configuration of the heat shield, the position of the heating element, the configuration of the cooling jacket, the position of the crucible, the configuration of the heat pack and the power used for the heating element in order to achieve a temperature gradient in the Generate block-melt boundary layer which is greater than about 2.5 degrees Kelvin per millimeter in the axis and which is also at least approximately equal to the temperature gradient at a distance of a diffusion length from the cylindrical edge.

46. The method of claim 45, wherein the crucible is a Crucible upper part and a crucible lower part, in which the Heat shield a heat shield upper part and a heat shield Has lower part and in which the selection step the variation of the distance between the lower part of the heat shield and the crucible top to thereby position the Heat shield to choose.

47. The method of claims 45 or 46, wherein the Heat shield a heat shield upper part and a heat shield Has lower part and in which the selection step of providing a heat shield cover on the Has heat shield base to thereby configure of the heat shield to choose.

48. The method of claim 47, wherein the heat shield Cover an annular heat shield housing within the Tiegel, which has an inner and an outer Has heat shield housing wall and an oblique Heat shield housing base and a heat shield housing cover which is located between the inner and outer Extend heat shield housing wall, the heat shield Housing inside contains insulating material, the oblique Heat shield housing defines an angle with the horizontal and wherein the selecting step further includes the step of varying of the angle to thereby configure the Heat shield to choose.

49. The method according to any one of claims 45 to 48, in which the crucible has a top part and a bottom part has, in which the heating element a heating element upper part and has a heating element lower part and in which the Selection step the step of varying the distance between the crucible top and the heating element top to thereby choosing the position of the heating element.

50. The method of claim 49, wherein the selecting step further the step of simultaneous axial variation of the Position of the heating element and the position of the crucible relative to the seal.

51. The method according to any one of claims 45 to 50, in which the crucible has a top part and a bottom part has, in which the cooling jacket a cooling jacket upper part and has a cooling jacket lower part and in which the Selection step the step of varying the distance between the crucible upper part and the cooling jacket lower part in order thereby choosing the position of the cooling jacket.

52. The method according to any one of claims 45 to 51, in which the heat pack has an upper heat pack case and a lower one Has heat pack housing, each with heat absorbing Material is filled and the selection step is the step removing at least some of the heat absorbing Material from the upper heat pack housing to thereby to choose the configuration of the heat pack.

53. Method according to one of claims 45 to 52, in which the selection step comprises the following steps:
a first step of selecting at least one parameter from the position of the heat shield, the configuration of the heat shield and the position of the heating element in order to generate a temperature gradient in the block-melt boundary layer in the axis which is at least approximately equal to the temperature gradient at the distance of a diffusion length from the cylindrical edge, and
a second step of selecting at least one parameter from the configuration of the cooling jacket, the position of the crucible and the configuration of the heat pack to produce a temperature gradient in the block-melt boundary layer in the axis which is greater than approximately 2.5 degrees Kelvin per Is millimeters.

54. The method of claim 53, wherein the crucible is a Crucible upper part and a crucible lower part, in which the Heat shield a heat shield upper part and a heat shield Has lower part, in which the heating element is a heating element Has upper part and a heating element lower part and in which the Position of the heat shield by varying the distance between the lower part of the heat shield and the upper part of the crucible is selected in which the configuration of the heat shield by providing a heat shield cover on the Heat shield lower part is selected, in which the position of the Heating element by varying the distance between the Crucible top and the heating element top is selected, and in which the first selection step is the step of choosing the Position of the heat shield, the configuration of the heat shield and the position of the heating element to one Temperature gradients in the block-melt boundary layer in the Generate axis that is greater than the temperature gradient on is cylindrical edge.

55. The method of claim 54, wherein the crucible is a Crucible upper part and a crucible lower part, in which the Heating element a heating element upper part and a heating element Has lower part, in which the cooling jacket a cooling jacket Has upper part and a cooling jacket lower part, in which the Heat pack an upper heat pack case and a lower one Has heat pack housing, each with heat absorbing Material is filled with the position of the heating element by varying the distance between the top of the crucible and the upper part of the heating element, in which the position of the heating element and the position of the crucible at the same time be varied axially relative to the seal at which the Position of the cooling jacket by varying the distance between the upper part of the crucible and the lower part of the cooling jacket is selected and the configuration of the heat pack by removing at least some of the heat absorbing Material is selected from the upper heat pack housing, and where the selection step is the step of choosing the Configuration of the cooling jacket, the position of the crucible, the Position of heating element and crucible and configuration of the Has heat packs to a temperature gradient in the To produce block-melt boundary layer in the axis of the is greater than approximately 2.5 degrees Kelvin per millimeter.

56. A method of modifying a Czochralski traction device to grow perfect monocrystalline silicon blocks free from void agglomerates and interstitial agglomerates, the Czochralski traction device comprising a seal, a crucible within the seal that receives the silicon melt, a germ holder within the seal near the crucible, a heating element within the seal that surrounds the crucible, a heat pack within the seal that surrounds the heating element, a heat shield between the crucible and the germ holder, a cooling jacket between the heat shield and the germ holder, and a device for Pulling the seed holder away from the crucible, thereby pulling a monocrystalline silicon block from the melt, the monocrystalline silicon block having an axis and a cylindrical edge, and wherein the silicon melt and the block between them define a block-melt boundary layer The method for modifying a Czochralski pulling device for growing perfect monocrystalline silicon blocks comprises the following step:
Selection of at least one parameter from the position of the heat shield, the configuration of the heat shield, the position of the heating element, the configuration of the cooling jacket, the position of the crucible, the configuration of the heat pack and the power used for the heating element by one by one Generate block-melt boundary layer that is planar or convex relative to the silicon melt.

57. The method of claim 56, wherein the crucible is a Crucible upper part and a crucible lower part, in which the Heat shield a heat shield upper part and a heat shield Has lower part and in which the selection step the variation of the distance between the lower part of the heat shield and the crucible top to thereby position the Heat shield to choose.

58. The method of claim 56 or 57, wherein the Heat shield a heat shield upper part and a heat shield Has lower part and in which the selection step providing a heat shield cover on the Has heat shield base to thereby configure of the heat shield to choose.

59. The method of claim 58, wherein the heat shield Cover an annular heat shield housing within the Tiegel, which has an inner and an outer Has heat shield housing wall and an oblique Heat shield housing base and a heat shield housing cover which is located between the inner and outer Extend heat shield housing walls, the heat shield Housing inside contains insulating material, the oblique Heat shield housing defines an angle with the horizontal and wherein the selecting step further includes the step of varying of the angle to thereby configure the Select heat shield.

60. The method according to any one of claims 56 to 59, in which the crucible has a top part and a bottom part has, in which the heating element a heating element upper part and has a heating element lower part and in which the Selection step the step of varying the distance between the crucible top and the heating element top to thereby selecting the position of the heating element.

61. The method of claim 60, wherein the selecting step further the step of simultaneous axial variation of the Position of the heating element and the position of the crucible relative to the seal.

62. The method according to any one of claims 56 to 61, in which the crucible has a top part and a bottom part has, in which the cooling jacket a cooling jacket upper part and has a cooling jacket lower part and in which the Selection step the step of varying the distance between the crucible upper part and the cooling jacket lower part in order thereby selecting the position of the cooling jacket.

63. The method according to any one of claims 56 to 62, in which the heat pack has an upper heat pack case and a lower one Has heat pack housing, each with heat absorbing material is filled and wherein the Selection step the step of removing at least something of the heat absorbing material from the upper heat pack Housing to thereby configure the heat pack to select.

64. Method according to one of claims 56 to 63, in which the selection step comprises the following steps:
a first selection step of at least one parameter from the position of the heat shield, the configuration of the heat shield and the position of the heating element in order to produce a temperature gradient in the block-melt boundary layer in the axis which is at least approximately equal to the temperature gradient at the distance of a diffusion length from the cylindrical one Edge is, and
a second selection step of at least one parameter from the configuration of the cooling jacket, the position of the crucible and the configuration of the heat pack, in order to produce a temperature gradient in the block-melt boundary layer which is greater than approximately 2.5 degrees Kelvin per millimeter .

65. The method of claim 64, wherein the crucible is a Crucible upper part and a crucible lower part, in which the Heat shield a heat shield upper part and a heat shield Has lower part, in which the heating element is a heating element Has upper part and a heating element lower part and in which the Position of the heat shield by varying the distance between the lower part of the heat shield and the upper part of the crucible is selected in which the configuration of the heat shield by providing a heat shield cover on the Heat shield lower part is selected, in which the position of the Heating element by varying the distance between the Crucible top and the heating element top is selected, and where the first selection step is the step of selection the position of the heat shield, the configuration of the Has heat shield and the position of the heating element to a temperature gradient in the block-melt boundary layer generate in the axis that is greater than the temperature gradient is on the cylindrical edge.

66. The method of claim 65, wherein the crucible is a Crucible upper part and a crucible lower part, in which the Heating element a heating element upper part and a heating element Has lower part, in which the cooling jacket a cooling jacket Has upper part and a cooling jacket lower part, in which the Heat pack an upper heat pack case and a lower one Has heat pack housing, each with heat absorbing Material is filled with the position of the heating element by varying the distance between the top of the crucible and the upper part of the heating element, in which the position of the heating element and the position of the crucible at the same time be varied axially relative to the seal at which the Position of the cooling jacket by varying the distance between the upper part of the crucible and the lower part of the cooling jacket is selected and the configuration of the heat pack by removing at least some of the heat absorbing Material is selected from the upper heat pack housing, and where the selection step is the step of choosing the Configuration of the cooling jacket, the position of the crucible, the Position of heating element and crucible and configuration of the Has heat packs to a temperature gradient in the To produce block-melt boundary layer in the axis of the is greater than approximately 2.5 degrees Kelvin per millimeter.