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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Industrielles Einsatzgebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von
Silicium-Einkristallen mit einer niedrigen Sauerstoffkonzentration
und einem großen Durchmesser mit Hilfe des magnetischen Querfeld-Czochralski-Verfahrens
(Querfeld-MCZ-Verfahren).
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Stand der Technik
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Für
die Herstellung von Silicium-Einkristallen wird das Czochralski-Verfahren
allgemein angewandt, weil es die Herstellung von versetzungsfreien und
nahezu defektfreien Silicium-Einkristallen mit hoher Reinheit und
großem Querschnitt verhältnismäßig
einfach ermöglicht.
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Im
Czochralski-Verfahren können Einkristalle zum Beispiel,
wie in 5 dargestellt, mit einer Ziehvorrichtung für
Einkristalle ausgezogen werden, wobei ein kleiner, als Impfkristall
dienender Silicium-Einkristall in der Hitzezone der Kammer 9,
die mit den Heizkörpern 7 sowie den Wärmeisolierkörpern 8 erhitzt
und heiß gehalten wird, unter Drehen langsam herausgezogen
wird, nachdem der Impfkristall mit der in den Quarztiegel 6 gefüllten
Siliciumschmelze 5 als Ausgangmaterial in Kontakt gebracht
wurde, wobei der Silicium-Einkristall 4 von dem Halsteil 2 über den
Kronenteil 3 herangezüchtet wird.
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Da
es bei dem oben genannten Czochralski-Verfahren unvermeidlich ist,
dass aus dem mit der als Ausgangsmaterial dienenden Siliciumschmelze
gefüllten Quarztiegel (SiO2) Sauerstoff herausgelöst
wird und die Senkung der Sauerstoffkonzentration begrenzt möglich
ist, wird das MCZ-Verfahren eingesetzt, um Silicium-Einkristalle mit
geringer Sauerstoffkonzentration zu erhalten, wobei die Bedingungen
für das Kristallwachstum durch Anlegen eines Magnetfeldes
kontrolliert werden.
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Im
Rahmen dieses MCZ-Verfahrens wiederum wird beim Querfeld-MCZ-Verfahren
ein Magnetfeld parallel zur Oberfläche der als Ausgangsmaterial dienenden
Siliciumschmelze angelegt, so dass in unmittelbarer Nähe
der Tiegelwand der Fluss der Siliciumschmelze zwangsläufig
unterdrückt wird und somit die Senkung des Sauerstoffgehalts
leicht erreicht werden kann.
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In
der vorliegenden Beschreibung werden Silicium-Einkristalle als solche
mit geringer Sauerstoffkonzentration bezeichnet, wenn die Silicium-Einkristalle
eine Sauerstoffkonzentration von 5 × 1017/cm–3 oder weniger (OLD ASTM) aufweisen,
und als ein großer Durchmesser wird bezeichnet, wenn er 200
mm oder größer ist.
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Bei
Einkristallen mit einem Durchmesser von 100 bis 125 mm sind auch
die Abmessungen der Hitzezone verhältnismäßig
klein, so dass sich auch die Temperatur und das Magnetfeld leicht
kontrollieren lassen. Mit dem oben genannten Querfeld-MCZ-Verfahren
konnten somit Silicium-Einkristalle mit niedriger Sauerstoffkonzentration
verhältnismäßig leicht bereitgestellt
werden.
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Zum
Beispiel sind in der
japanischen
Offenlegungsschrift 2556967 Silicium-Einkristalle beschrieben,
deren Durchmesser weniger als 50% des Durchmessers des Quarztiegels
beträgt, und sie werden durch Anlegen eines bestimmten
Magnetfeldes mit Hilfe des Querfeld-MCZ-Verfahrens ausgezogen.
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Ferner
ist bekannt, dass bei der Herstellung von Silicium-Einkristallen
mit geringer Sauerstoffkonzentration die Drehzahl des Quarztiegels
vorzugsweise niedrig zu halten ist. Außerdem wird in der
japanischen Offenlegungsschrift
2005-145724 ein Verfahren zur Herstellung von Silicium-Einkristallen
mit geringer Sauerstoffkonzentration von 4 bis 15 ppma (= 1 × 10
17 3,75 × 10
17 Atome/cm
–3) offenbart, bei dem die Rotationsgeschwindigkeit
des Siliciumkristalls bei stehendem Quarztiegel unter Einsatz des
Querfeld-MCZ-Verfahrens auf 2 bis 15 U/Min eingestellt wird.
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Außerdem
wird in der
japanischen Offenlegungsschrift
H05-155682 ein Verfahren offenbart, bei dem durch gleichzeitiges
Herabsetzen der Drehgeschwindigkeit des Quarztiegels und des Silicium-Einkristalls
Silicium-Einkristalle mit einer geringen Sauerstoffkonzentration
von 2 × 10
17 ungefähr
6 × 10
17 Atome/cm
–3 hergestellt
werden.
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Allerdings
wird in den letzten Jahren ein sogenanntes Neutronen-Doping-Verfahren
als eine Technologie zur Herstellung qualitativ hochwertiger Silicium-Halbleiter
mit Aufmerksamkeit verfolgt, wobei Silicium mit Neutronen beschossen
wird und eine darauf basierende Kernreaktion Phosphorerzeugt. In diesem
Verfahren wird diese Reaktion ausgenutzt, um Silicium-Halbleiter
zu erzeugen. Da derartige mit Neutronen bestrahlte Silicium-Einkristalle
als Silicium-Einkristalle mit geringer Sauerstoffkonzentration geeignet
sind und eingesetzt werden, ist eine Nachfrage an Produkten mit
großem Durchmesser entstanden.
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Allerdings
hat sich gezeigt, dass beim Querfeld-MCZ-Verfahren das Magnetfeld
nicht symmetrisch zur Wachstumsachse des Kristalls verteilt ist,
so dass bei Verwendung großer Quarztiegel auch bei angelegtem
Magnetfeld die Konvektionsströmungen der Schmelze sehr
komplex sind und es daher schwierig wird, Silicium-Einkristalle
mit niedriger Sauerstoffkonzentration mit einem Durchmesser von 200
mm oder größer, hier insbesondere in der zweiten
Hälfte des Kristallwachstums, eine entsprechende Qualität
zu erhalten, wenn die herkömmlichen Kristallziehbedingungen,
die nur aus einem Verhältnis von Einkristalldurchmesser
zum Durchmesser des Tiegels und einer Kontrolle der Drehgeschwindigkeit
des Tiegels bestehen, angewandt werden.
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Außerdem
wird im Lauf der Zeit die Hitzeverteilung nicht mehr achssymmetrisch,
da der im CZ-Verfahren eingesetzte Heizkörper durch SiOx korrodiert
wird. Aus diesem Grund kommt es zu Verformungen des Einkristalls,
wenn die Drehung des Tiegels angehalten wird, was wiederum die Produktivität
stört.
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Ferner
besteht, wenn die Drehgeschwindigkeit des Einkristalls reduziert
wird, die Tendenz, dass die Sauerstoffkonzentration abnimmt, aber
sich für den Silicium-Einkristall insgesamt die Homogenität der
Sauerstoffkonzentration verschlechtert und die Kontrolle des Einkristall-Ingots
selbst, wie die Kontrolle des Durchmessers, erschwert wird.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein Herstellungsverfahren bereit, um
die oben beschriebenen technischen Probleme zu lösen und
mittels Querfeld-MCZ-Verfahrens Silicium-Einkristalle auf einfache
Weise herzustellen, wobei auch bei Produkten mit großem
Durchmesser über die gesamte Länge der Kristallsäule
hinweg eine einheitlich niedrige Sauerstoffkonzentration erhalten
wird. Insbesondere werden ein Einkristall und dessen Herstellungsverfahren
bereitgestellt, der ohne extreme Reduktion der Drehgeschwindigkeit
des Silicium-Einkristalls eine im gesamten Kristallkörper
gleichmäßig niedrige Sauerstoffkonzentration aufweist.
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Das
Herstellungsverfahren für Silicium-Einkristalle mit niedriger
Sauerstoffkonzentration der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass
es sich des magnetischen Querfeld-Czochralski-Verfahrens bedient,
um die Silicium-Einkristalle zu ziehen, wobei der Durchmesser des
mit der Siliciumschmelze als Ausgangsmaterial gefüllten
Quarztiegels D das 2,5-fache oder größer bis zum
3-fachen des Durchmessers des ausgezogenen Silicium-Einkristalls
d beträgt und darüber hinaus der vorgenannte Quarztiegel
eine Drehgeschwindigkeit CR [U/Min] von 0 < CR ≤ 0,5 hat, während
der Silicium-Einkristall in die entgegen gesetzte Richtung der Drehrichtung
des vorgenannten Quarztiegels mit einer Drehgeschwindigkeit von
SR [U/Mini 5 ≤ SR ≤ 60 h/(π·d)
(h: die Tiefe der Siliciumschmelze als Ausgangsmaterial) gedreht
und dabei gezogen wird.
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Wie
oben beschrieben, wird in Abhängigkeit von der Tiefe der
Siliciumschmelze als Ausgangsmaterial die Drehgeschwindigkeit des
Silicium-Einkristalls festgelegt, wodurch, auch bei Produkten mit
großem Durchmesser auf deren gesamter Länge eine niedrige Sauerstoffkonzentration
erreicht wird.
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Beim
vorgenannt beschriebenen Herstellungsverfahren wird die Ziehgeschwindigkeit
des Einkristalls vorzugsweise so kontrolliert, dass sie bei h = d/2
auf ½ ± 10% der durchschnittlichen Ziehgeschwindigkeit,
die beim Ziehen des Silicium-Einkristall-Ingots mit einer Säulenlänge
von 0 bis 100 mm angewandt wird, reduziert wird.
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Durch
die oben beschriebene Kontrolle der Ziehgeschwindigkeit des Silicium-Einkristalls
kann verhindert werden, dass die Sauerstoffkonzentration innerhalb
des Silicium-Einkristalls ansteigt, wobei gleichzeitig die Sauerstoffkonzentration über
den gesamten Einkristall hinweg einheitlich wird und die Herstellung
des Einkristalls somit auch erleichtert wird.
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Ferner
ist es wünschenswert, dass ab einer Entfernung von 100
mm vom unteren Ende der vorgenannten Silicium-Einkristallsäule
die Ziehgeschwindigkeit noch weiter reduziert wird, als die beim davorliegenden
Säulenabschnitt bereits angewandte, reduzierte Ziehgeschwindigkeit.
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Durch
eine derartige Kontrolle der Ziehgeschwindigkeit kann insbesondere
auch in der Nähe des Endbereichs die Sauerstoffkonzentration
auf einen konstanten Wert eingeregelt werden.
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Mit
Hilfe des oben beschriebenen Herstellungsverfahrens können
Silicium-Einkristalle mit einer Sauerstoffkonzentration von weniger
als 5 × 1017/cm–3 über
den gesamten zylindrischen Bereich auf ideale Weise erhalten werden.
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Diese
Silicium-Einkristalle mit einem Durchmesser von 200 mm oder größer
können in geeigneter Weise für eine Neutronenbestrahlung
eingesetzt werden.
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Wie
oben beschrieben, können mit dem erfindungsgemäßen
Herstellungsverfahren mit Hilfe des Querfeld-MCZ-Verfahrens auf
einfache Weise Silicium-Einkristalle mit niedriger Sauerstoffkonzentration
erhalten werden, die über die gesamte Länge eine
niedrige Sauerstoffkonzentration aufweisen, selbst wenn sie einen
größeren Durchmesser aufweisen.
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Daher
sind die mit dem Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung
erhaltenen Silicium-Einkristalle mit niedriger Sauerstoffkonzentration als
Silicium-Einkristalle für die Bestrahlung mit Neutronen
sehr geeignet und tragen somit zur Massenproduktion qualitativ hochwertiger
Silicium-Halbleiter bei.
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KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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1 zeigt
ein Beispiel für ein Steuermuster der Drehgeschwindigkeit
des Silicium-Einkristalls beim Herstellungsverfahren der vorliegenden
Erfindung.
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2 ist
eine graphische Darstellung eines Steuermusters, in dem die Veränderung
der Auszugsgeschwindigkeit für die Silicium-Einkristalle
dargestellt wird.
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3 ist
eine graphische Darstellung des Verhältnisses zwischen
der Auszugsgeschwindigkeit und der Länge der Silicium-Einkristallsäule.
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4 ist
eine graphische Darstellung des Verhältnisses zwischen
der Sauerstoffkonzentration im Einkristall und der Säulenlänge
des Silicium-Einkristalls.
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5 ist
eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Zucht
von Silicium-Einkristallen in einer Ziehvorrichtung für
Einkristalle.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Im
Folgenden wird die Erfindung im Einzelnen beschrieben. Beim Herstellungsverfahren
der vorliegenden Erfindung wird mit Hilfe eines Querfeld-Magnet-CZ-Verfahrens
ein Silicium-Einkristall herausgezogen, wobei die als Ausgangsmaterial
dienende Siliciumschmelze in einen Quarztiegel eingefüllt
wird und wobei die Beziehung zwischen dem Innendurchmesser des Quarztiegels
D und dem Durchmesser des Silicium-Einkristalls d, die Drehgeschwindigkeit
des vorgenannten Quarztiegels CR und die Drehgeschwindigkeit des
Silicium-Einkristalls SR als Bedingungen festgelegt werden, um den
Einkristall herauszuziehen. Das Querfeld-MCZ-Verfahren ist ein Verfahren,
das sich für die herkömmliche Herstellung von
Silicium-Einkristallen mit niedriger Sauerstoffkonzentration eignet,
aber die vorliegende Erfindung ermöglicht in einfacher
Weise die Herstellung von Kristallen mit einem Durchmesser von 200 mm
oder größer, bei denen bisher unter den herkömmlichen
Auszugsbedingungen über deren gesamte Länge eine
niedrige Sauerstoffkonzentration nur schwer zu erzielen war. Konkret
bedeutet dies, dass beim Ausziehen der Einkristalle im Querfeld-MCZ-Verfahren
das Verhältnis zwischen dem Innendurchmesser D des Quarztiegels,
in den die als Ausgangsmaterial dienende Siliciumschmelze eingefüllt
wird, und dem Durchmesser d des Silicium-Einkristalls so festgelegt
wird, dass es die Bedingung 2,5d ≤ D ≤ 3d erfüllt
und gleichzeitig die Drehgeschwindigkeit des vorgenannten Quarztiegels
CR [U/Min] 0 ≤ CR ≤ 0,5 beträgt, wobei
die Drehgeschwindigkeit des in die entgegen gesetzte Richtung rotierenden
auszuziehenden Einkristalls SR [U/Min] 5 ≤ SR ≤ 60
h /(π·d) beträgt (wobei h die Tiefe der
Siliciumschmelze als Ausgangsmaterial ist).
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Auf
diese Weise können Silicium-Einkristalle, deren Sauerstoffkonzentration über
die gesamte Länge niedrig ist, erhalten werden, selbst
wenn der Durchmesser des Einkristalls 200 mm oder größer ist,
indem die Durchmesser des Quarztiegels und des Silicium-Einkristalls
und die Drehgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Tiefe
der Siliciumschmelze als Ausgangsmaterial festgelegt werden, wobei
der Silicium-Einkristall in die entgegen gesetzte Richtung der Drehrichtung
des Quarztiegels gedreht wird. Die vorgenannten Ziehbedingungen
wurden festgelegt, indem die Veränderung des Schmelzflusses
beobachtet wurde, während beim Ziehen des Einkristalls die
Tiefe der Siliciumschmelze als Ausgangsmaterial abnahm.
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Mit
anderen Worten, wenn die Tiefe der vorgenannten Schmelze verringert
wird, kommt es beim Ausziehen durch die Rotation des Silicium-Einkristalls
zu einer erzwungenen Konvektionsströmung, wodurch vom Boden
des Tiegels aus der Schmelzefluss auf die Wachstumsgrenzfläche
des Kristalls hin zunimmt und somit im Verlauf des Ausziehens des Einkristalls
während der zweiten Hälfte des Prozesses eine
Tendenz zu steigender Sauerstoffkonzentration vorliegt.
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In
diesem Zusammenhang werden Tiegel der verschiedensten Größen
verwendet und Einkristalle mit den unterschiedlichsten Durchmessern
ausgezogen. Eine Analyse der Auswirkung der Drehgeschwindigkeit
des Einkristalls auf die Sauerstoffkonzentration des Einkristalls
ergab, dass bei Einhaltung der näherungsweisen Korrelation
SR [U/Mini ≤ 60 h/(π·d) (wobei SR die
Drehgeschwindigkeit des Einkristalls, h die Tiefe der Siliciumschmelze
als Ausgangsmaterial und d der Durchmesser des Silicium-Einkristalls
ist) auch während der zweiten Hälfte des Ausziehens
des Silicium-Einkristalls der Anstieg der Sauerstoffkonzentration
unterdrückt werden kann. Mit anderen Worten, bei hohen
Drehgeschwindigkeiten treten vom Boden des Quarztiegels aufsteigende,
der Grenzfläche zwischen Festkörper und Flüssigkeit
zustrebende Ströme der Siliciumschmelze auf, so dass eine
sauerstoffreiche Siliciumschmelze in den Kristall aufgenommen wird,
aber wenn die oben beschriebene Beziehung eingehalten und die Auszugsgeschwindigkeit
entsprechend niedrig gehalten wird, wandelt sich der Schmelzefluss
in eine von der Oberfläche der Siliciumschmelze ausgehende,
der Grenzfläche zwischen Festkörper und Flüssigkeit
zustrebende Strömung um, so dass sauerstoffarme Siliciumschmelze
in den Silicium-Einkristall aufgenommen werden kann.
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Wenn
die Drehgeschwindigkeit des Silicium-Einkristalls reduziert wird,
besteht eine Tendenz, dass die Sauerstoffkonzentration absinkt,
aber es wird dadurch immer noch nicht eine über den gesamten
Silicium-Einkristall einheitliche Sauerstoffkonzentration erhalten
und gleichzeitig leidet dabei die einheitliche Temperaturverteilung
an der Wachstumsgrenzfläche, so dass es schwierig ist,
den Durchmesser des Silicium-Einkristalls und dergleichen Parameter
des Einkristall ingots selbst zukontrollieren. Aus diesem Grund
ist hinsichtlich einer Verbesserung der Durchführbarkeit
eine Drehgeschwindigkeit des Silicium-Einkristalls SR von 5 U/Min
oder größer wünschenswert. Ferner, da
beim Ausziehen des Silicium-Einkristalls gemäß der
vorliegenden Erfindung die Drehung des Quarztiegels nicht angehalten
wird, kann verhindert werden, dass, auch wenn die Hitzeverteilung
wegen der Korrosion des im MCZ-Verfahren eingesetzten Heizkörpers
nicht mehr achssymmetrisch ist, der Kristall sich krümmt
oder dergleichen.
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Allerdings
besteht eine Tendenz zur erhöhten Aufnahme des Sauerstoffs
in die Siliciumschmelze bei steigender Drehzahl des Quarztiegels,
so dass die Drehgeschwindigkeit des Quarztiegels CR vorzugsweise
0,5 U/Min oder kleiner betragen sollte.
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Noch
besser geeignet ist der Bereich 0,1 ≤ CR ≤ 0,4
U/Min.
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1 ist
eine graphische Darstellung eines Beispiels für ein bevorzugtes
Kontrollmuster der Drehgeschwindigkeit des Silicium-Einkristalls
der vorliegenden Erfindung. In dem in der 1 gezeigten
Graphen stellt die durch O gekennzeichnete Linie einen Innendurchmesser
des Quarztiegels von 20 Zoll und einen Durchmesser des Silicium-Einkristalls von
8 Zoll dar, während die durch ☐ gekennzeichnete Linie
einen Innendurchmesser des Quarztiegels von 16 Zoll und einen Durchmesser
des Silicium-Einkristalls von 6 Zoll darstellt.
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Das
auf der x-Achse im Graphen in 1 gezeigte
Erstarrungsverhältnis zeigt das Verhältnis des
Gewichts der in den Quarztiegel eingefüllten Siliciumschmelze
als Ausgangsmaterial zum Gewicht der kristallierten (erstarrten)
Siliciumschmelze als Ausgangsmaterial. Da die Füllmenge
an Siliciumschmelze als Ausgangsmaterial in Abhängigkeit
vom Wachstum des Einkristalls variiert, wird hier an Stelle der
Tiefe der Siliciumschmelze als Ausgangsmaterial das Erstarrungsverhältnis
aufgezeigt und dieses Erstarrungsverhältnis korrelliert
mit der Tiefe der Siliciumschmelze als Ausgangsmaterial, so dass
bei steigendem Erstarrungsverhältnis auch die vorgenannte Schmelzetiefe
abnimmt. Wenn in der Anfangsphase des Herausziehens des Silicium-Einkristalls
die Tiefe der Siliciumschmelze als Ausgangsmaterial verhältnismäßig
groß ist, ist hinsichtlich der Unterdrückung von
Ungleichmäßigkeiten in der Temperaturverteilung eine
hohe Drehgeschwindigkeit SR des Silicium-Einkristalls bevorzugt,
während, wie in 1 dargestellt, in der zweiten
Hälfte des Ausziehens des Einkristalls die Geschwindigkeit
vorzugsweise reduziert wird.
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Mit
anderen Worten, wenn die Drehgeschwindigkeit SR [U/Min] des Einkristalls
im Verhältnis zur Tiefe der Siliciumschmelze als Ausgangsmaterial
festgelegt wird, kann mit 5 ≤ SR ≤ 60 h/(π·d)
erreicht werden, dass ein Silicium-Einkristall mit völlig rundem
Querschnitt erhalten wird, und bei dessen Ausziehen kann außerdem
ein Anstieg der Sauerstoffkonzentration unterdrückt werden.
Außerdem ist bevorzugt, die Ziehgeschwindigkeit des Einkristalls auch
unter den oben beschriebenen Auszugsbedingungen festzulegen, um
den Anstieg der Sauerstoffkonzentration eines zu züchtenden
Silicium-Einkristalls mit einem großen Durchmesser, insbesondere
in der zweiten Hälfte des Auszugsprozesses des Einkristalls,
zu unterdrücken.
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Konkret
heißt dies, dass die Ziehgeschwindigkeit des Einkristalls
vorzugsweise so kontrolliert wird, dass sie bei h = d/2 auf ½ ± 10%
der durchschnittlichen Ziehgeschwindigkeit, die beim Ziehen des
Silicium-Einkristall-Ingots mit einer Säulenlänge von
0 bis 100 mm angewandt wird, reduziert wird.
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Als
durchschnittliche Ziehgeschwindigkeit des Einkristalls einer Länge
von 0 bis 100 mm kann der Durchschnittswert der Ziehgeschwindigkeit
am oberen Ende der Säule sowie in einer Entfernung von 100
mm von dem oberen Ende der Säule angesehen werden. Außerdem
wird in einer Entfernung von 100 mm vom unteren Ende der Silcium-Einkristallsäule die
oben genannte Auszugsgeschwindigkeit reduziert, so dass die Abnahme
der Auszugsgeschwindigkeit vorzugsweise größer
als die Geschwindigkeitsabnahme für die darüberliegende
Säule sein sollte.
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Durch
diese Kontrolle der Auszugsgeschwindigkeit wird insbesonderein der
Nähe des Säulenendes die Sauerstoffkonzentration
auf einen konstanten Wert eingeregelt.
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Der
in der 2 gezeigte Graph stellt ein Beispiel für
die bevorzugten Steuerparameter für die Änderung
der Ziehgeschwindigkeit des Silicium-Einkristalls dar. In dem in 2 gezeigten
Graphen wird mit O der das 3-fache des Durchmessers des Silicium-Einkristalls
betragende Innnendurchmesser des Quarztiegels D dargestellt, wobei
D = 3d ist, während ☐ einen Fall zeigt, beim dem
der Durchmesser des Quarztiegels D das 2,5-fache des Innnendurchmessers
des Silicium-Einkristalls d beträgt, nämlich D
= 2,5d.
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Auf
der x-Achse im Graphen der 2 wird genau
wie in 1 die Erstarrungsrate aufgetragen. Ferner zeigt
die y-Achse des Graphen in 2 das Geschwindigkeitsverhältnis
beim Ausziehen, wobei, wenn die Anfangsgeschwindigkeit der Auszugsgeschwindigkeit
des Säulenabschnitts des Einkristalls als 1 definiert wird,
die jeweiligen Geschwindigkeitsverhältnisse bei den einzelnen
Erstarrungsverhältnissen dargestellt werden.
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Wie
in 2 gezeigt, treten durch Kontrolle der Auszugsgeschwindigkeit
des Silicium-Einkristalls an der Grenzfläche der Kristallbildung
keine Konvexitäten auf, so dass eine annähernd
flache Oberfläche erhalten wird. Der Schmelzefluss vom
Boden des Tiegels auf die Grenzfläche der Kristallbildung
hin wird unterdrückt, so dass eine noch stärker
hemmende Wirkung auf die Tendenz zu steigender Sauerstoffkonzentration
im Silicium-Einkristall erhalten wird.
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Im
Folgenden wird die Erfindung an Hand der Ausführungsbeispiele konkret
erläutert, wobei der Bereich der Erfindung jedoch nicht
auf die Ausführungsbeispiele beschränkt ist.
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[Ausführungsbeispiele]
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Ein
Quarztiegel mit einem Durchmesser von 22 Zoll wird mit 150 kg Polysilicium
beschickt, die Drehgeschwindigkeit des Quarztiegels CR dann auf 0,1
U/Min eingestellt und durch Anlegen eines 3000 Gauss starken magnetischen
Querfeldes ein Silicium-Einkristall mit einem Durchmesser von 200
mm ausgezogen. Die anfängliche Drehgeschwindigkeit SR des
Silicium-Einkristalls wurde auf 12U/Min eingestellt. Beim Ausziehen
des oberen Endes der Einkristallsäule betrug die Tiefe
der Siliciumschmelze 337 mm.
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Die
SR wurde vom oberen Ende der Einkristallsäule bis zu einer
Länge von 1200 mm auf 12U/Min eingestellt und anschließend
allmählich reduziert, bis sie bei einer Tiefe der Siliciumschmelze von
76 mm und einer Gesamtlänge der Einkristallsäule
vom oberen Ende bis zu 1640 mm 6,9 U/Min erreichte, und sie wurde
dann in der Nähe des unteren Endes der Säule noch
weiter herabgesetzt.
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Die 3 zeigt
einen Graphen, der die Beziehung zwischen Auszugsgeschwindigkeit
und der Länge der Einkristallsäule zeigt. Die
Auszugsgeschwindigkeit wurde so eingestellt, dass sie am oberen
Ende der Einkristallsäule 1,3 mm/Min und vom oberen Ende
der Einkristallsäule bis zu einer Entfernung von 100 mm
1,25 mm/Min beträgt. Dementsprechend beträgt die
durchschnittliche Auszugsgeschwindigkeit bei einer Säulenlänge
von 0 bis 100 mm 1,38 mm/Min, so dass wenn die Tiefe der Siliciumschmelze
h einen Wert von d/2 = 105 mm erreicht, in der erwarteten Position,
nämlich in einer Entfernung um die 1520 mm vom oberen Ende
der Einkristallsäule die Auszugsgeschwindigkeit soweit
gleichmäßig reduziert wird, dass sie 0,69 mm/Min
erreicht und danach wurde die Geschwindigkeit in einer Entfernung
von 100 mm vom unteren Ende der Säule noch weiter reduziert.
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Der
Graph in 4 zeigt die Beziehung zwischen
der Länge der wie oben beschrieben ausgezogenen Silicium-Einkristallsäule
und der Sauerstoffkonzentration an den einzelnen Stellen.
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Wie
der Graph in 4 zeigt, weist die Sauerstoffkonzentration
im Silicium-Einkristall in der Nähe des unteren Endes eine
geringfügig steigende Tendenz auf, lag aber über
die gesamte Länge der Säule unter 5 × 1017/cm–3.
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[Vergleichsbeispiel]
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Beim
herkömmlichen Verfahren wird die Drehgeschwindigkeit SR
des Einkristalls konstant gehalten und dabei gleichzeitig auch die
Auszugsgeschwindigkeit annähernd geleichbleibend gehalten, aber
ansonsten wurde das Ausziehen der Silicium-Einkristalle unter den
gleichen Bedingungen durchgeführt, wie sie oben für
die Ausführungsbeispiele beschrieben wurden.
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In 3 wird
neben den oben genannten Ausführungsbeispielen außerdem
die für diesen Fall gültige Beziehung zwischen
Einkristallsäulenlänge und der Auszugsgeschwindigkeit
graphisch darstellt.
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Ferner
ist die Beziehung zwischen der Länge des wie oben beschrieben
ausgezogenen Silicium-Einkristalls und der Sauerstoffkonzentration
an den einzelnen Stellen für diesen Fall in 4 graphisch
dargestellt.
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Wie
der Graph in 4 zeigt, neigt die Sauerstoffkonzentration
in der Nähe des unteren Endes der Säule im Silicium-Einkristall
dazu, unvermittelt anzusteigen und überschritt 5 × 1017/cm–3.
Aus der obigen Beschreibung kann abgeleitet werden, dass in der
zweiten Hälfte des Auszugsprozesses des Silicium-Einkristalls
die Drehgeschwindigkeit des Einkristalls in Relation zur Tiefe der
Silciumschmelze als Ausgangsmaterial stehen sollte und die einzelnen Bedingungen
sowie ferner die Abnahme der Auszugsgeschwindigkeit entsprechend
der vorliegenden Erfindung, angemessen kontrolliert werden sollten, wodurch
erreicht wird, dass auch bei Produkten mit einem großen
Durchmesser von 200 mm oder größer über
die gesamte Länge der Silicium-Einkristalle eine geringe
Sauerstoffkonzentration erhalten werden kann, ohne dass dabei die
Drehgeschwindigkeit der Einkristalle extrem weit gesenkt werden
müsste.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2556967 [0008]
- - JP 2005-145724 [0009]
- - JP 05-155682 [0010]