DE102007015184A1

DE102007015184A1 - Silicaglastiegel

Info

Publication number: DE102007015184A1
Application number: DE102007015184A
Authority: DE
Inventors: Ryouhei Saito; Toshiyuki Kikuchi; Kiyoaki Misu; Kazuko Fukutani; Kazuyoshi Nanyou Kato
Original assignee: Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: MOMENTIVE TECHNOLOGIES YAMAGATA K.K., JP
Priority date: 2006-03-30
Filing date: 2007-03-29
Publication date: 2007-10-11
Anticipated expiration: 2027-03-30
Also published as: KR20070098580A; TWI363816B; US20070256628A1; KR100847500B1; TW200804630A; DE102007015184B4; JP4798715B2; JP2008201660A; US7909931B2

Abstract

Diese Erfindung betrifft einen Silicatglastiegel 1, wobei die Siliziumschmelze M durch Füllen, Erwärmen und Schmelzen eines Polykristalls angesammelt und ein Silizium-Einkristall aufgrund der erwähnten Siliziumschmelze M gezüchtet wird, wobei die Schmelzvibration besser gesteuert werden kann und eine hohe Ausbeute eines Einkristalls realisiert werden kann. Eine erste im Wesentlichen blasenfreie Schicht 10a mit einer Dicke von 100 bis 450 µm wird an der inneren Peripherieseite einer anfänglichen Schmelzlinienzone 10 mit einer Höhe von 10 bis 30 mm einer transparenten Schicht gebildet, eine blasenhaltige Schicht 10b mit einer Dicke von 100 µm oder mehr und mit Blasen mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 20 bis 60 µm wird außerhalb der erwähnten ersten im Wesentlichen blasenfreien Schicht 10a gebildet, und eine zweite im Wesentlichen blasenfreie Schicht 10c mit einer Dicke von 300 µm oder mehr wird an der inneren Peripherieseite in dem gesamten Bereich unterhalb der erwähnten anfänglichen Schmelzlinienzone 10 gebildet.

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft einen Silicaglastiegel, der zum Ziehen eines Silizium-Einkristalls verwendet wird.
Beschreibung des Standes der Technik
Das Czochralski-Verfahren (CZ-Verfahren) wird in großem Umfang zum Wachsenlassen eines Silizium-Einkristalls verwendet. Bei diesem Verfahren wird ein polykristallines Siliziummaterial in einen Tiegel gefüllt, erwärmt und geschmolzen, so daß die Siliziumschmelze angesammelt wird, dann wird ein Keimkristall mit einer Oberfläche der erwähnten Siliziumschmelze in Kontakt gebracht. Beim Rotieren des Tiegels wird dieser Keimkristall in entgegengesetzter Richtung rotiert und gleichzeitig nach oben gezogen, unter Bildung eines Einkristalls am unteren Ende des Keimkristalls.
Als Tiegel zur Herstellung dieses Silizium-Einkristalls wird konventionell ein Silicaglastiegel verwendet. Dieser Silicaglastiegel hat eine Behälterform und eine Zweischichtstruktur, worin die äußere Schicht des Behälters aus einer opaken Schicht und die innere Schicht aus einer transparenten Schicht gebildet sind. Die äußere opake Schicht umfaßt eine große Anzahl von Blasen und wird aus natürlichem Silicaglas gebildet, dessen Reinheit im Vergleich zu synthetischem Silicaglas niedrig ist, das aber eine ausgezeichnete Wärmeresistenz aufweist. Die innere transparente Schicht wird aus einem natürlichen oder synthetischen Silicamaterial gebildet. weil das synthetische Silicaglas den Vorteil hat, daß es wenige Verunreinigungen gibt und die Ausbeute des dislokationsfreien Einkristalls (nachfolgend als DF-Ausbeute bezeichnet) gut ist, ist in den letzten Jahren ein sogenannter synthetischer Silicaglastiegel populär geworden.
Wenn ein Einkristall unter Verwendung des Silicaglastiegels wie oben erwähnt nach oben gezogen wird, gibt es das technische Problem, daß die Rotation der Siliziumschmelze und des Keimkristalls oder das Eintauchen des Keimkristalls verursacht, daß die Oberfläche der Siliziumschmelze vibriert (nachfolgend als Schmelzvibration bezeichnet). Mit anderen Worten gibt es das Problem, daß dann, wenn diese Schmelzvibration auftritt, es schwierig wird, den Keimkristall zu keimen, so daß das Züchten nicht leicht gestartet werden kann, und daß der Kristall leichter dislokalisiert werden kann, wenn er gezüchtet wird, und daß sich die DF-Ausbeute vermindert.
Um ein solches Problem zu lösen, offenbart das Patentdokument 1 einen Silicaglastiegel (nicht dargestellt), der mit einer großen Anzahl an Aussparungen in der inneren Peripherie des Tiegels (anfängliche Schmelzlinienzone oder oberer Bereich, der diese Zone umfaßt) versehen ist, mit denen das Oberflächenniveau der Siliziumschmelze (Schmelzlinie) beim Aufziehen des Einkristalls in Kontakt ist. Gemäß dem in Patentdokument 1 offenbarten Tiegel werden vorstehende Teile am Ende der erwähnten großen Anzahl von Aussparungen gebildet, so daß die lokale Oberflächenspannung der Oberfläche der Siliziumschmelze erhöht wird, unter Steuerung der Schmelzvibration der Siliziumschmelze.

Patentdokument 1: Japanische Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 2005-272178

Bei dem Tiegel, bei dem Aussparungen konventionell in der inneren Peripherie des Tiegels gebildet werden, tritt, weil es eine große Anzahl von feinen Aussparungen gibt, die an der inneren Oberfläche des Tiegels vorhanden sind, eine Reinigungsflüssigkeit, wie Fluorwasserstoffsäure, nicht ausreichend in das Innere der Aussparungen beim endgültigen Ätzverfahren ein, so daß die Verunreinigungen oder Teilchen, die bei der Bildung der Aussparungen gebildet werden, nicht ausreichend entfernt werden. Als Ergebnis gibt es das Problem, daß dann, wenn die Innenoberfläche des Tiegels durch die Siliziumschmelze beim Ziehen des Einkristalls erodiert wird, die Verunreinigungen und Teilchen in die Siliziumschmelze freigelassen werden, eine Dislokation im Siliziumeinkristall auftritt, was zu einem Bedürfnis für ein erneutes Schmelzen führt, das ein Verfahren zum Schmelzen des Kristalls in der Siliziumschmelze ist, was zur Verminderung der DF-Ausbeute führt.
Der Silicaglastiegel wird weiterhin so angeordnet und eingestellt, daß er senkrecht innerhalb eines Kohlenstofftiegels in einer Ziehanlage ist. Jedoch kann er nicht immer exakt senkrecht eingestellt werden. Wenn er schräg eingestellt wird, wird eine aussparungsbildende Zone, die an der inneren Peripherie des Tiegels gebildet ist und eine Höhe von 0,5 bis 10 mm hat, nicht vollständig zu einer Position (Schmelzlinie) der Oberfläche der Siliziumschmelze über dem gesamten Umfang beim Beginn des Ziehens, und es kann nicht gesagt werden, daß die Wirkung zur Steuerung der Schmelzvibration sicherlich ausreichend ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Erfindung wurde unter den oben beschriebenen Situationen durchgeführt und bezweckt die Schaffung eines Silicaglastiegels, in den ein polykristallines Siliziummaterial gefüllt, erwärmt und geschmolzen wird, so daß die Siliziumschmelze aufgenommen wird, daß dann ein Silizium-Einkristall von der erwähnten Siliziumschmelze gezüchtet wird, wobei die Schmelzvibration bestimmter gesteuert wird, um eine hohe Rate der Einkristallisierung zu erzielen.
Um das erwähnte Problem zu lösen, ist der Silicaglastiegel entsprechend dieser Erfindung ein Silicaglastiegel mit einer Schichtstruktur, worin eine opake Schicht an der äußeren Peripherie und eine transparente Schicht an der inneren Peripherie gebildet werden, worin ein polykristallines Siliziummaterial an der Seite der inneren Peripherie aufgefüllt, erwärmt und geschmolzen wird, so daß die Siliziumschmelze aufgenommen wird, und ein Einkristall durch das Czochralski-Verfahren gezüchtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste, im wesentlichen blasenfreie Schicht mit einer Dicke von 100 bis 450 μm an der inneren Peripherieseite einer anfänglichen Schmelzlinienzone, die eine Höhe von 10 bis 30 mm hat, der erwähnten transparenten Schicht gebildet wird, eine blasenhaltige Schicht mit einer Dicke von 100 μm oder mehr und Blasen mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 20 bis 60 μm außerhalb der erwähnten ersten im wesentlichen blasenfreien Schicht und eine zweite im wesentlichen blasenfreie Schicht mit einer Dicke von 300 μm oder mehr an der inneren Peripherieseite des gesamten Bereichs gebildet wird, der unterhalb der erwähnten anfänglichen Schmelzlinienzone liegt, gebildet werden.
Gemäß einer solchen Struktur wird eine Aussparung nicht an der inneren Peripherie des Tiegels vor dem Erwärmen und Schmelzen des polykristallinen Siliziummaterials gebildet. Aus diesem Grund gibt es im Gegensatz zu konventionellen Arten nicht die Möglichkeit, daß die Verunreinigungen oder Teilchen, die in den freiliegenden Aussparungen verbleiben, in die Siliziumschmelze beim Züchten des Einkristalls freigelassen werden. Daher ist es möglich, die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Schmelzmängeln zu vermindern und die DF-Ausbeute zu verbessern.
Wenn das polykristalline Siliziummaterial, das in den Tiegel gefüllt ist, erwärmt und geschmolzen wird, unter Erhalt der angesammelten Siliziumschmelze, gelangt die Oberfläche der Siliziumschmelze mit der anfänglichen Schmelzlinienzone in Kontakt, die erste im wesentlichen blasenfreie Schicht wird durch die Siliziumschmelze erodiert, bevor mit dem Züchten des Einkristalls begonnen wird, und die Blasen, die die blasenhaltige Schicht aufweist, werden geöffnet. Somit wird die Oberfläche der anfänglichen Schmelzlinienzone irregulär geformt. Die Oberfläche der Siliziumschmelze gelangt mit dem irregulär geformten Bereich zum Beginn des Einkristallzüchtens in Kontakt, so daß die Schmelzvibration gesteuert wird. Daher ist es leicht, den Keimkristall zu setzen und es wird möglich, die DF-Ausbeute zu verbessern, weil keine Dislokationen im Kristall während des Züchtens auftreten.
Weil die erwähnte anfängliche Schmelzlinienzone eine Höhe von wenigstens 10 mm oder mehr aufweist, ist es möglich, eine Verschiebung zwischen der Oberfläche der Siliziumschmelze und der irregulären Oberfläche zu verhindern, wobei die Verschiebung durch einen Neigungswinkel beim Installieren des Tiegels, der Materialeingabe etc. verursacht wird. Mit anderen Worten ist beim Beginn des Züchtens des Einkristalls die Oberfläche der Siliziumschmelze immer in der anfänglichen Schmelzlinienzone lokalisiert, so daß Kontrollwirkungen der Schmelzvibration durch den Kontakt mit der irregulären Oberfläche erhalten werden können. Weil die Höhe der anfänglichen Schmelzlinienzone 30 mm oder weniger ist, wird die Möglichkeit des Auftretens von Schmelzmängeln vermindert, eine hohe Arbeitsfähigkeit erhalten und die DF-Ausbeute kann verbessert werden.
Durch Bilden der erwähnten ersten im wesentlichen blasenfreien Schicht mit einer Dicke von 100 bis 450 μm wird weiterhin die erste im wesentlichen blasenfreie Schicht erodiert bis zum Beginn des Züchtens des Einkristalls, die Blasen der blasenhaltigen Schicht werden geöffnet und die irreguläre Form kann auf der Oberfläche der anfänglichen Schmelzlinienzone gebildet werden.
Weil die erwähnte blasenhaltige Schicht eine Dicke von 100 μm oder mehr hat, kann, selbst wenn die Erosion durch die Siliziumschmelze während des Verfahrens zum Züchten des Einkristalls abläuft, die Oberfläche der Siliziumschmelze immer mit der irregulären Form in Kontakt gebracht werden, so daß die Schmelzvibration gesteuert werden kann.
Die Bildung der zweiten im wesentlichen blasenfreien Schicht mit einer Dicke von 300 μm oder mehr verhindert das Problem, daß die Siliziumschmelze die transparente Schicht mit einer vorbestimmten Anzahl von Blasen aufgrund der Erosion der Siliziumschmelze erreicht, so daß eine große Anzahl von Blasen geöffnet wird. Daher ist es möglich, das Eindringen von Fremdstoffen in die Siliziumschmelze aufgrund der Rauigkeit der Oberfläche des Tiegels zu verhindern, was durch die offenen Blasen verursacht werden kann.
Weiterhin ist es bevorzugt, daß die Dichte der Blasen, die die erwähnte blasenhaltige Schicht aufweist, 5 bis 70/mm³ (Stücke pro mm³) ist. Die Dichte der Blasenzahl wird somit auf 5/mm³ oder mehr eingestellt, so daß eine bessere ausreichende irreguläre Form erhalten werden kann, unter Steuerung der Schmelzvibration. Weiterhin kann durch Einstellen der Dichte auf 70/mm³ oder weniger das Einbringen von Fremdstoffen in die Siliziumschmelze aufgrund der Oberflächenrauigkeit sicherer verhindert werden.
Erfindungsgemäß ist es bei dem Silicaglastiegel, bei dem die Siliziumschmelze angesammelt wird und der Silizium- Einkristall aus der erwähnten Siliziumschmelze gezüchtet wird, möglich, einen Silicaglastiegel zu erhalten, der die Schmelzvibration besser sicherstellt und eine hohe Rate der Einkristallisierung realisiert.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch eine Struktur eines Silicaglastiegels entsprechend dieser Erfindung zeigt.
2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht einer Fläche A1 von 1.
3 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht einer Fläche A2 von 1.
Beschreibung der bevorzugten Merkmale
Nachfolgend wird ein bevorzugtes Merkmal eines Silicaglastiegels entsprechend dieser Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch eine Struktur eines Silicaglastiegels zeigt.
Wie dargestellt hat ein Silicaglastiegel 1 (nachfolgend nur als Tiegel 1 bezeichnet) eine Behälterform und eine Zweischichtstruktur, in der eine opake Schicht 2 mit einer großen Anzahl von Blasen (bevorzugt 50/mm³ oder mehr) an der äußeren Peripherieseite gebildet wird und eine transparente Schicht 3 mit einer kleinen Anzahl von Blasen (bevorzugt 9/mm³ oder weniger) und mit einer Dicke von 2 mm (beispielsweise) an der inneren Peripherieseite gebildet wird. Zusätzlich wird die opake Schicht 2 aus natürlichem Silicaglas gemacht (erhalten durch Schmelzen eines natürlichen Materials wie Kristallquarz), und die transparente Schicht 3 wird aus synthetischem Silicaglas gebildet.
Wie dargestellt wird weiterhin der Tiegel 1 mit U-Form (als Querschnitt) mit einem geraden Teil 5, einem Kreisteil 6 und einem Boden 7 gebildet, zur Bildung einer oberen Öffnung 4, so daß die Siliziumschmelze M, erhalten durch Schmelzen eines polykristallinen Siliziummaterials, an der inneren Peripherieseite angesammelt wird.
Eine anfängliche Schmelzlinienzone 10 mit einer Höhe von 10 bis 30 mm wird an der inneren Peripherieseite der transparenten Schicht 3 und oberhalb einer Position gebildet, die die halbe Höhe des Tiegels ist, so daß die Oberfläche ML (nachfolgend als Schmelzlinie ML bezeichnet) der Siliziumschmelze M beim Beginn des Züchtens des Einkristalls mit der anfänglichen Schmelzlinienzone 10 in Kontakt gebracht wird.
Die transparente Schicht 3 bei dieser anfänglichen Schmelzlinienzone 10 wird weiterhin als Vielschichtstruktur ausgebildet. Mit anderen Worten ist als vergrößerte Ansicht eine Fläche A1, umfassend die Zone 10, in 2 gezeigt, wobei eine im wesentlichen blasenfreie Schicht 10a (erste im wesentlichen blasenfreie Schicht) mit einer Dicke von D1 und einer Dichte der Blasenzahl von 2/mm³ oder weniger in der Zone 10 an der inneren Peripherieseite gebildet wird. An der äußeren Seite ist eine blasenhaltige Schicht 10b gebildet, die eine Dicke D2 und eine Dichte der Blasenzahl von 5/mm³ oder mehr hat.
Gemäß einer solchen Struktur wird eine Aussparung nicht an der inneren Peripherie des Tiegels 1 vor dem Ansammeln der Siliziumschmelze M gebildet. Mit anderen Worten ist es nicht notwendig, eine Aussparung an der inneren Peripherie in einem Verfahren zur Herstellung des Tiegels 1 zu bilden. Im Gegensatz zu konventionellen Tiegeln gibt es daher keine Möglichkeit, daß die Verunreinigungen oder Teilchen, die erzeugt werden, wenn die Aussparungen gebildet werden, und die in den Aussparungen verbleiben, in die Siliziumschmelze M beim Züchten des Einkristalls freigesetzt werden.
Gemäß dieser Struktur wird bei der polykristallinen Siliziummaterial-Schmelzstufe die im wesentlichen blasenfreie Schicht 10a durch die Siliziumschmelze M erodiert. Weiterhin gelangt die Siliziumschmelze M mit der blasenhaltigen Schicht 10b in Kontakt, und die Blasen, die die blasenhaltige Schicht 10b aufweist, werden geöffnet. Wenn die Blasen dieser blasenhaltigen Schicht 10b geöffnet werden, erhält die Oberfläche der blasenhaltigen Schicht 10b, die mit der Siliziumschmelze M in Kontakt ist, eine irreguläre Form, wodurch die Schmelzvibration beim Züchten des Einkristalls gesteuert wird.
Weiterhin wird die Höhe h1 der anfänglichen Schmelzlinienzone 10, wie in 2 gezeigt ist, auf 10 bis 30 mm wie oben beschrieben eingestellt. Weil sie eine Höhe von wenigstens 10 mm aufweist, ist es somit möglich, eine Verschiebung zwischen der Oberfläche der Schmelzlinie ML und der irregulären Oberfläche zu verhindern, wobei die Verschiebung durch den Neigungswinkel beim Installieren des Tiegels, der Materialeingabe etc. verursacht wird. Mit anderen Worten wird beim Beginn des Züchtens des Einkristalls die Schmelzlinie ML immer in der anfänglichen Schmelzlinienzone 10 lokalisiert, so daß die Wirkungen zur Steuerung der Schmelzvibration durch den Kontakt mit der irregulären Oberfläche erhalten werden können. Weil die Höhe h1 30 mm oder weniger ist, wird das Auftreten von Schmelzmängeln reduziert, eine hohe Arbeitsfähigkeit wird erhalten und die DF-Ausbeute kann verbessert werden.
Weiterhin wird die im wesentlichen blasenfreie Schicht 10a, wie in 2 gezeigt, so gebildet, daß sie eine Dicke D1 von 100 bis 450 μm aufweist. Denn es gibt das Problem, daß dann, wenn die Dicke D1 weniger als 100 μm ist, die Blasen der blasenhaltigen Schicht 10b in einer frühen Stufe beim Schmelzen des polykristallinen Siliziummaterials aufgrund der Erosion durch die Siliziumschmelze M geöffnet werden, so daß eine große Anzahl der Blasen von der frühen Stufe der oben erwähnten Erosion geöffnet werden. Weil eine große Anzahl von Blasen als geöffnete Teilchen erzeugt wird, tritt die Verschiebung bei der Bildung eines Kernteils eines Silizium-Einkristallbarrens auf. Als Ergebnis gibt es das Problem, daß die Möglichkeit des Auftretens von Schmelzmängeln sich erhöht, und die DF-Ausbeute vermindert sich aufgrund der Oberflächenrauigkeit, die durch Wiederholung von Schmelzmängeln verursacht wird.
Ein anderer Grund liegt darin, daß dann, wenn die Dicke D1 450 μm übersteigt, die Erosion durch die Siliziumschmelze M lange Zeit erfordert, bis die Blasen der blasenhaltigen Schicht 10b geöffnet werden, und es gibt die Möglichkeit, daß Irregularitäten beim Beginn des Züchtens nicht gebildet werden können.
Weiterhin ist es bevorzugt, daß die Dichte der Blasenanzahl der im wesentlichen blasenfreien Schicht 10a 2/mm³ ist weniger ist. Wenn es Blasen mit einer Dichte der Blasenanzahl der im wesentlichen blasenfreien Schicht 10a mit mehr als 2/mm³ gibt, wird die Oberfläche aufgeraut, weil die Blasen aufgrund der Erosion der Siliziumschmelze M geöffnet werden. Als Ergebnis gibt es die Möglichkeit, daß Fremdstoffe die Siliziumschmelze M kontaminieren können und die DF-Ausbeute vermindert werden kann, was nicht bevorzugt ist.
Weiterhin wird die blasenhaltige Schicht 10b, wie in 2 gezeigt, so gebildet, daß sie eine Dicke D2 von 100 μm oder mehr hat. Mehr bevorzugt ist sie 300 μm oder mehr. Mit anderen Worten läuft die Erosion der blasenhaltigen Schicht 10b durch die Siliziumschmelze M während des Züchtungsverfahrens für den Einkristall ab. Wenn der Schmelzmangel wiederholt wird und eine Erosionsmenge groß wird, ist es möglich, daß eine Wirkung zur Steuerung der Schmelzvibration im Züchtungsverfahren erhalten wird, indem die Dicke D2 auf diese Weise vorgesehen und die irreguläre Form gebildet wird.
Der durchschnittliche Durchmesser der Blasen, die die blasenhaltige Schicht 10b enthält, ist 20 bis 60 μm. Denn die irreguläre Form, die zum Steuern der Schmelzvibration erforderlich ist, kann nicht gebildet werden, wenn der Blasendurchmesser weniger als 20 μm ist. Ein anderer Grund liegt darin, daß dann, wenn der Durchmesser 60 μm übersteigt, es die Möglichkeit gibt, daß ein großes Quarzstück die Siliziumschmelze kontaminieren kann, wenn die Blasen geöffnet werden, und daß die Dislokation des Kristalls erfolgen kann.
Weiterhin ist die Dichte der Blasenzahl der Blasen, die in dieser blasenhaltigen Schicht 10b enthalten sind, 5 bis 70/mm³. Der Grund liegt darin, daß je größer die Blasendichte ist, um so effektiver die Schmelzvibration gesteuert werden kann, während dann, wenn sie 70/mm³ übersteigt, es die Möglichkeit gibt, daß die Oberfläche aufgeraut wird und ein Fremdstoff die Siliziumschmelze kontaminieren kann, wodurch eine Reduktion der DF-Ausbeute erfolgt. Ein anderer Grund liegt darin, daß die Dichte der Blasenanzahl von weniger als 5/mm³ keine irreguläre Form ergibt, was zum Steuern der Schmelzvibration ausreichend ist.
Wie in 1 gezeigt ist, ist im Tiegel 1 unter der anfänglichen Schmelzlinienzone 10 auf der inneren Peripherieseite in einem inneren Bereich der transparenten Schicht 3 eine im wesentliche blasenfreie Schicht 9 vorgesehen (zweite im wesentlichen blasenfreie Schicht), die eine vorbestimmte Dicke und eine Dichte der Blasenzahl von 2/mm³ oder weniger hat.
Eine Fläche A2 gemäß 1 ist eine Fläche, die diese im wesentlichen blasenfreie Schicht 9 umfaßt, und 3 zeigt eine vergrößerte Ansicht dieser Fläche A2. In 3 ist gezeigt, daß diese im wesentlichen blasenfreie Schicht 9 so gebildet ist, daß sie eine Dicke D3 von wenigstens 300 μm, bevorzugt 500 μm oder mehr, von der inneren Oberfläche der transparenten Schicht 3 hat.
Wenn die Dicke D3 der im wesentlichen blasenfreien Schicht 9 weniger als 300 μm ist, erreicht die Siliziumschmelze M die transparente Schicht 3 mit der Dichte der Blasenzahl von 9/mm³ oder weniger im Züchtungsverfahren aufgrund der Erosion der Siliziumschmelze M, so daß eine große Anzahl an Blasen geöffnet und die innere Oberfläche des Tiegels aufgeraut wird. Wenn die innere Oberfläche dieses Tiegels aufgeraut wird, kann ein Fremdteilchen die Siliziumschmelze kontaminieren und die DF-Ausbeute kann vermindert werden, was nicht bevorzugt ist. Angesichts der Erosionsmenge der Siliziumschmelze M während des Züchtungsverfahrens ist es bevorzugt, daß diese 500 μm oder mehr ist.
Beim Züchten des Silizium-Einkristalls unter Verwendung des somit konstruierten Tiegels 1 wird das in den Tiegel eingegebene polykristalline Siliziummaterial zunächst geschmolzen und ist die Siliziumschmelze M.
Die Schmelzlinie ML kommt mit der anfänglichen Schmelzlinienzone 10 in Kontakt, die im wesentlichen blasenfreie Schicht 10a wird durch die Siliziumschmelze M erodiert, bis mit dem Züchten des Einkristalls begonnen wird, weiterhin werden die Blasen, die die blasenhaltige Schicht 10b aufweist, geöffnet. Somit erhält die Oberfläche der anfänglichen Schmelzlinienzone 10 die irreguläre Form, und wenn die Schmelzlinie ML mit dieser irregulären Form zu Beginn des Züchtens des Einkristalls in Kontakt gelangt, wird die Schmelzvibration gesteuert.
Wie oben beschrieben ist gemäß dem bevorzugten Merkmal entsprechend dieser Erfindung die anfängliche Schmelzlinienzone 10, mit der die Schmelzlinie ML der Siliziumschmelze zu Beginn des Züchtens des Einkristalls in Kontakt ist, an der inneren Peripherieseite des Tiegels vorgesehen. Diese anfängliche Schmelzlinienzone 10 wird mit der im wesentlichen blasenfreien Schicht 10a und der äußeren blasenhaltigen Schicht 10b gebildet. Die Schmelzvibration kann weiterhin zu diesem Zeitpunkt des Beginns des Züchtens des Einkristalls durch Einstellen der Dicken, der Dichten der Blasenzahl, der Blasendurchmesser etc. der im wesentlichen blasenfreien Schicht 10a und der blasenhaltigen Schicht 10b als vorbestimmte Werte gesteuert werden.
Weil es nicht notwendig ist, eine feine irreguläre Form an der inneren Peripherie des Tiegels beim Verfahren zur Erzeugung des Tiegels zu bilden, ist es möglich, das konventionelle Problem zu lösen, daß die Verunreinigungen oder Teilchen, die erzeugt werden, wenn die Aussparungen in dem Verfahren zur Herstellung des Tiegels gebildet werden und in den Aussparungen verbleiben, in die Siliziumschmelze M beim Züchten des Einkristalls freigesetzt werden können.
Daher ist es leicht, den Keimkristall zu säen, der Kristall wird beim Züchten nicht dislokalisiert, die Rate des Auftritts des Schmelzmangels wird vermindert, und es wird möglich, die DF-Ausbeute zu verbessern. Mit der anfänglichen Schmelzlinie ist erfindungsgemäß eine kreisförmige Linie gemeint, mit der die obere Oberfläche der Siliziumschmelze vor dem Einsetzen eines Silizium-Keimkristalls in Kontakt gelangt wie beim Czochralski-Verfahren, bei dem das polykristalline Siliziummaterial in den Silicaglastiegel gefüllt und geschmolzen wird, unter Erhalt der Siliziumschmelze, bis zu der oberen Oberfläche, bei der der erwähnte Silizium-Keimkristall eingesetzt wird und der Silizium-Einkristall gezüchtet wird.
Beispiele
Nachfolgend wird der Silicaglastiegel entsprechend dieser Erfindung unter Bezugnahme auf die Beispiele beschrieben. Bei diesen Beispielen wurden die Wirkungen durch Herstellen eines Silicaglastiegels wie in dem erwähnten bevorzugten Ausführungsbeispiel und durch Durchführen der Experimente durch Verwendung des Tiegels verifiziert.
Zusätzlich wurde ein Verfahren zur Herstellung der Tiegel, die bei diesem Beispiel (Experimente 1 bis 6) verwendet wurden, so durchgeführt, daß zunächst gebildete Körper mit zwei Schichten, natürliche Materialien in der äußeren Schicht und synthetische Silicamaterialien in der inneren Schicht, zu einer Tiegelform mit winzigen Blasen an der gesamten Innenoberfläche durch Ansteuern des Ausmaßes der Dekomprimierung, Schmelzzeit etc. gebildet wurden.
Mit Ausnahme einer anfänglichen Schmelzlinienzone mit einer vorbestimmten Höhe (beispielsweise 10 bis 30 mm) und zurückgelassen oberhalb einer Position, die die Hälfte der Höhe der Tiegel darstellt, wurde die innere Oberfläche durch eine Maschine geschliffen, zur Entfernung der winzigen Blasen an der Oberfläche.
Dann wurde die im wesentlichen blasenfreie Schicht mit einer vorbestimmten Dicke (beispielsweise 150 μm) durch Bogenentladung gebildet, während die synthetischen Silicamaterialien zur gesamten inneren Oberfläche geführt wurden, zur Herstellung eines Silicaglastiegels mit 24 Inch (mit einem Außendurchmesser von 610 mm und einer Höhe von 350 mm), wobei eine Dicke einer transparenten Schicht des gesamten Tiegels ungefähr 4 mm und die Dicke einer opaken Schicht ungefähr 8 mm war. Anschließend wurde mit diesem ein Abspülen und Reinigen mit einer 49%igen Fluorwasserstoffsäure für 5 Minuten und ein Trocknungsverfahren nach Reinigen mit reinem Wasser durchgeführt.
Weiterhin wurde die Dichte der im Tiegel gebildeten Blasen und die Durchmesser gemessen, so daß ein Bild von der inneren Oberfläche des Tiegels unter Verwendung einer CCD-Kamera und einer Halogenlampe aufgenommen wurde, und somit wurde das aufgenommene Bild binarisiert. Ein Meßgebiet war 500 μm² oder mehr (bevorzugt 1,0 mm × 1,4 mm) und ein erkennbarer Durchmesser der minimalen Blasen war 4,6 μm oder mehr. Weiterhin wurde die Messung in der Dickenrichtung von der Oberfläche bis zu einer Dicke von 1,0 mm durch Bewegen der CCD-Kamera bei einer Ganghöhe von 20 μm durchgeführt.
Zusätzlich wurde diese Messung an vier Punkten (90 Grad Intervall) bei im wesentlichen regulären Intervallen um einen Tiegelumfang herum durchgeführt.
Experiment 1
Bei diesem Experiment wurden durch Verwendung der Tiegel, die durch das oben erwähnte Erzeugungsverfahren hergestellt waren, 150 kg polykristallines Siliziummaterial zugegeben, zur Erzeugung eines B-dotierten (Bor-dotierten) Silizium-Einkristallbarrens vom P-Typ zur Herstellung eines 8 Inch Wafers, wobei während dieser Zeit die Messung durchgeführt wurde, um zu überprüfen, ob es eine Schmelzvibration gab, und die Anzahl der MB-Auftritte (erneutes Schmelzen, erneutes Schmelzen des Kristalls) und die DF-Ausbeute ermittelt wurden.
Die experimentellen Bedingungen sind in Tabelle 1 gezeigt. Beim in Tabelle 1 gezeigten Experiment 1 wurden die Experimente durchgeführt, wenn die Höhen h1 der anfänglichen Schmelzlinienzone 10 wie in 1 gezeigt 5 mm, 10 mm, 20 mm, 30 mm bzw. 40 mm waren (Bedingung 1 bis Bedingung 5), und die Ergebnisse wurden verifiziert.
Das Ergebnis dieses Experiments 1 ist in Tabelle 2 gezeigt. Wie in Tabelle 2 gezeigt ist, gab es weder eine Schmelzvibration noch MB, und die DF-Ausbeute war 100%, wenn die Höhe h1 der anfänglichen Schmelzlinienzone 10 10 bis 30 mm (Bedingungen 3 und 4) war. Daher wurde, bestätigt, daß die Höhe h1 bevorzugt 10 bis 30 mm ist.
Tabelle 2
Experiment 2
Wie beim Experiment 1 wurde bei diesem Experiment ein B-dotierter Silizium-Einkristallbarren vom P-Typ zur Erzeugung eines 8 Inch Wafers hergestellt, wobei währenddessen die Ermittlung der Schmelzvibration und die Messung der Anzahl von MB (Schmelzmangel: erneutes Schmelzen des Kristalls) und die DF-Ausbeute durchgeführt wurden. Die experimentellen Bedingungen sind in Tabelle 3 gezeigt. Beim Experiment 2 wurden, wie in Tabelle 2 gezeigt ist, die Experimente durchgeführt, wenn die Dicken der im wesentlichen blasenfreien Schicht 10a der anfänglichen Schmelzlinienzonen 10, wie in 2 gezeigt ist, 70 μm, 100 μm, 150 μm, 200 μm, 350 μm, 450 m bzw. 530 μm waren (Bedingungen 6 bis 12), und die Ergebnisse wurden verifiziert.
Die Ergebnisse dieses Experiments 2 sind in Tabelle 4 gezeigt. Wie in Tabelle 4 gezeigt ist, gab es keine Schmelzvibration, kein MB (oder nur einmal) und die DF-Ausbeute war 100%, wenn die Dicke der im wesentlichen blasenfreien Schicht der anfänglichen Schmelzlinienzone 100 bis 450 μm war (Bedingungen 7, 8, 9, 10 und 11). Daher wurde bestätigt, daß die Dicke der im wesentlichen blasenfreien Schicht in der anfänglichen Schmelzlinienzone bevorzugt 100 bis 450 μm ist. Insbesondere wenn die Dicke der im wesentlichen blasenfreien Schicht in der anfänglichen Schmelzlinienzone 100 bis 200 μm ist, gibt es weder die Schmelzvibration noch MB und die DF-Ausbeute ist 100%, was mehr bevorzugt ist.
Tabelle 4
Experiment 3
Wie beim Experiment 1 wurde bei diesem Experiment ein B-dotierter Silizium-Einkristallbarren vom P-Typ zur Herstellung eines 8 Inch Wafers hergestellt, wobei während dieser Zeit die Ermittlung der Schmelzvibration und die Messung der Anzahl von MB (Schmelzmangel: erneutes Schmelzen des Kristalls) und die DF-Ausbeute ermittelt wurden. Die experimentellen Bedingungen sind in Tabelle 5 gezeigt. Beim Experiment 3 wurden, wie in Tabelle 5 gezeigt ist, die Experimente durchgeführt, wenn die Dichte der Blasenzahl der im wesentlichen blasenfreien Schicht 10a der anfänglichen Schmelzlinienzone 10, wie in 2 gezeigt ist, auf 5/mm³ (etwas größer) eingestellt wurde, und die Ergebnisse wurden verifiziert.
Die Ergebnisse dieses Experiments 3 sind in Tabelle 6 gezeigt. Wie in Tabelle 6 gezeigt ist, wurde bestätigt, daß es keine Schmelzvibration gab, aber daß MB stattfand und die DF-Ausbeute vermindert wurde, wenn die Dichte der Blasenzahl der im wesentlichen blasenfreien Schicht der anfänglichen Schmelzlinienzone 5/mm³ war.
Tabelle 6
Experiment 4
Wie beim Experiment 1 wurde bei diesem Experiment ein B-dotierter Silizium-Einkristallbarren vom P-Typ zur Herstellung eines 8 Inch Wafers hergestellt, wobei während dieser Zeit die Ermittlung der Schmelzvibration und die Messung der Anzahl von MB (Schmelzmangel: erneutes Schmelzen des Kristalls) und die DF-Ausbeute ermittelt wurden. Die experimentellen Bedingungen sind in Tabelle 7 gezeigt. Wie in Tabelle 7 gezeigt ist, wurden beim Experiment 4 die Experimente durchgeführt, wobei die Dicken der blasenhaltigen Schicht 10b der anfänglichen Schmelzlinienzonen 10, wie in 2 gezeigt ist, 50 μm, 100 μm, 500 μm bzw. 1.000 μm waren (Bedingungen 14 bis 17), und die Ergebnisse wurden verifiziert.
Das Ergebnis dieses Experiments 4 ist in Tabelle 8 gezeigt. Wie in Tabelle 8 gezeigt ist, gab es weder eine Schmelzvibration noch ein MB und die DF-Ausbeute war 100%, wenn die Dicke der blasenhaltigen Schicht der anfänglichen Schmelzlinienzone 100 bis 1.000 μm war (Bedingungen 15, 16 und 17). Daher wurde bestätigt, daß die Dicke der blasenhaltigen Schicht in der anfänglichen Schmelzlinienzone bevorzugt 100 μm oder mehr ist.
Tabelle 8
Experiment 5
Wie beim Experiment 1 wurde bei diesem Experiment ein B-dotierter Silizium-Einkristallbarren vom P-Typ zur Herstellung eines 8 Inch Wafers hergestellt, wobei während dieser Zeit die Ermittlung der Schmelzvibration und die Messung der Anzahl von MB (Schmelzmangel: erneutes Schmelzen des Kristalls) und die DF-Ausbeute ermittelt wurden. Die experimentellen Bedingungen sind in Tabelle 9 gezeigt. Wie in Tabelle 9 gezeigt ist, wurden beim Experiment 5 die Experimente durchgeführt, wobei die Blasendurchmesser der blasenhaltigen Schicht 10b der anfänglichen Schmelzlinienzonen 10, wie in 2 gezeigt ist, 10 μm, 20 μm, 35 μm, 60 μm bzw. 70 μm waren (Bedingungen 18 bis 22), und die Ergebnisse wurden verifiziert.
Das Ergebnis dieses Experiments 5 ist in Tabelle 10 gezeigt. Wie in Tabelle 10 gezeigt ist, gab es weder eine Schmelzvibration noch MB und die DF-Ausbeute war 100%, wenn der Durchmesser der Blasen, die die blasenhaltige Schicht der anfänglichen Schmelzlinienzone hatte, 20 bis 60 μm war (Bedingungen 19, 20 und 21). Daher wurde bestätigt, daß der Durchmesser der Blasen, die die blasenhaltige Schicht der anfänglichen Schmelzlinienzone hat, bevorzugt 20 bis 60 μm ist.
Tabelle 10
Experiment 6
Wie beim Experiment 1 wurde bei diesem Experiment ein B-dotierter Silizium-Einkristallbarren vom P-Typ zur Herstellung eines 8 Inch Wafers hergestellt, wobei während dieser Zeit die Ermittlung der Schmelzvibration und die Messung der Anzahl von MB (Schmelzmangel: erneutes Schmelzen des Kristalls) und die DF-Ausbeute ermittelt wurden. Die experimentellen Bedingungen sind in Tabelle 11 gezeigt. Wie in Tabelle 11 gezeigt ist, wurden beim Experiment 6 die Experimente durchgeführt, wobei die Dicke der im wesentlichen blasenfreien Schicht 3b, wie in 1 gezeigt ist, 100 μm, 200 μm, 300 μm bzw. 500 μm waren (Bedingungen 23 bis 25), und die Ergebnisse wurden verifiziert.
Das Ergebnis dieses Experiments 6 ist in Tabelle 12 gezeigt. Wie aufgrund von Tabelle 12 und den Bedingungen 3, 8, 16, 20 etc. bei den erwähnten Experimenten 1 bis 5 ersichtlich ist, gab es weder eine Schmelzvibration noch MB und die DF-Ausbeute war 100%, wenn die Dicke der im wesentlichen blasenfreien Schicht 3c 300 μm oder mehr war (Bedingungen 24 und 25). Angesichts der Menge der Erosion der Siliziumschmelze während des Züchtungsverfahrens ist es bevorzugt, daß diese 500 μm oder mehr ist.
Tabelle 12
Zusätzlich war jede Dichte der blasenhaltigen Schichten der Silicaglastiegel, die bei den obigen Experimenten 1 bis 6 hergestellt waren, innerhalb eines Bereichs von 5 bis 70/mm³.
Vergleichsbeispiel 1
Ein Verfahren zur Herstellung der Tiegel, die bei diesem Experiment verwendet wurden, wurde so durchgeführt, daß zunächst gebildete Körper mit zwei Schichten, natürlichen Materialien in der äußeren Schicht und synthetische Silicamaterialien in der inneren Schicht, zu einer Tiegelform gebildet wurden, wobei eine Dicke einer transparenten Schicht mit winzigen Blasen an der gesamten inneren Oberfläche durch Einstellen eines Dekompressionsgrades, der Schmelzzeit etc. ungefähr 4 mm und die Dicke der opaken Schicht ungefähr 8 mm war.
In der anfänglichen Schmelzlinienzone mit einer Höhe von 10 mm an der inneren Oberfläche des Tiegels sind Aussparungen mit einem Durchmesser von 100 μm und einer Tiefe von ungefähr 100 μm alternierend oder in Zickzackform bei einem wechselseitigen Intervall von 6 mm unter Verwendung eines CO₂-Lasers angeordnet.
Unter Verwendung dieses Silicaglastiegels (mit Hilfe der konventionellen Technologie erhalten) wurden wie bei den erwähnten Experimenten 1 bis 6 150 kg polykristallines Siliziummaterial zugegeben, zur Erzeugung eines B-dotierten Silizium-Einkristallbarrens vom P-Typ zur Herstellung eines 8 Inch Wafers, wobei während dieser Zeit die Messung durchgeführt wurde, um zu ermitteln, ob es eine Schmelzvibration gab, um die Anzahl von MB (Schmelzmangel: erneutes Schmelzen des Kristalls) und die DF-Ausbeute zu ermitteln.
Als Ergebnis dieses Experiments wurde beobachtet, daß die Anzahl von MB das dreifache und die DF-Ausbeute 70% war, obwohl keine Schmelzvibration vorlag.
Aufgrund der experimentellen Ergebnisse der obigen Beispiele wird bestätigt, daß beim erfindungsgemäßen Silicaglastiegel die Schmelzvibration gesteuert wurde und die hohe Rate der Einkristallisierung realisierbar ist.
Diese Erfindung betrifft eine Silicaglastiegel, der zum Züchten eines Silizium-Einkristalls verwendet wird und geeignet bei der Halbleiter-Herstellungsindustrie etc. verwendet wird.

Claims

Silicaglastiegel 1 mit einer Behälterform, wobei eine transparente Schicht 3 an der inneren Peripherie gebildet ist und eine opake Schicht 2 mit einer großen Anzahl an Blasen an der äußeren Peripherie gebildet ist, in den ein polykristallines Siliziummaterial bis in den inneren Raum des Behälters gefüllt, erwärmt und geschmolzen ist, so daß die Siliziumschmelze M angesammelt ist, und ein Silizium-Einkristall durch das Czochralski-Verfahren erzeugt wird, worin eine erste, im wesentlichen blasenfreie Schicht 10a mit einer Dicke von 100 bis 450 μm an der inneren Peripherieseite einer anfänglichen Schmelzlinienzone 10 gebildet ist, die eine Höhe von 10 bis 30 mm der transparenten Schicht 3 hat, eine blasenhaltige Schicht 10b mit einer Dicke von 100 μm oder mehr und mit Blasen mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 20 bis 60 μm außerhalb der ersten im wesentlichen blasenfreien Schicht 10a gebildet ist, und eine zweite im wesentlichen blasenfreie Schicht 10c mit einer Dicke von 300 μm oder mehr an der inneren Peripherieseite in der opaken Schicht 2 der gesamten Region gebildet ist, die unterhalb der anfänglichen Schmelzlinienzone 10 liegt.
Silicaglastiegel 1 nach Anspruch 1, worin die Dichte der Blasen, die in der blasenhaltigen Schicht 10b enthalten sind, 5 bis 70/mm³ ist.