DE102010014110B4

DE102010014110B4 - Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter-Einkristalls

Info

Publication number: DE102010014110B4
Application number: DE102010014110.0A
Authority: DE
Inventors: Satoshi Suzuki; Hideki Shigeno; Keiichi Nakazawa
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 2009-04-24
Filing date: 2010-04-07
Publication date: 2020-06-18
Anticipated expiration: 2030-04-08
Also published as: JP2010254516A; DE102010014110A1; JP4831203B2

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter-Einkristalls auf der Grundlage eines FZ-Verfahrens, umfassend: teilweises Erwärmen und Schmelzen eines Rohstoff-Kristalls zur Ausbildung einer Schmelzzone unter Drehung des Rohstoff-Kristalls mittels einer Induktionsheizspule; und Bewegen der Schmelzzone von einem Endabschnitt zum anderen Endabschnitt des Rohstoff-Kristalls, um einen Halbleiter-Einkristall unter Drehung des Halbleiter-Einkristalls wachsen zu lassen, wobei, eine Drehrichtung des Halbleiter-Einkristalls abwechselnd geändert wird und eine Drehrichtung oder eine Drehrichtung und die Drehzahl des Rohstoff-Kristalls während des Wachstums des Halbleiter-Einkristalls geändert wird, um so den Halbleiter-Einkristall wachsen zu lassen, wobei die Drehrichtung des Rohstoff-Kristalls in eine entgegengesetzte Richtung zur Drehrichtung des Halbleiter-Einkristalls geändert wird.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter-Einkristalls auf der Grundlage eines FZ-Verfahrens (eines Zonenzieh-Verfahrens oder eines Zonenzieh-Schmelzverfahrens).
Beschreibung des Standes der Technik
Das FZ-Verfahren wird als eines der Verfahren zur Herstellung eines Silizium-Einkristalls, der gegenwärtig das am häufigsten verwendete Material für Halbleiterbauelemente ist, angewendet.
Üblicherweise ist die n- oder p-Störstellendotierung notwendig, um den Silizium-Einkristall mit einem gewünschten spezifischen Widerstand auszustatten. Im Zusammenhang mit dem FZ-Verfahren ist ein Gasdotierverfahren bekannt, bei dem ein Dotiergas zu einer Schmelzzone gesprüht wird (siehe WOLFGANG KELLER, ALFRED MÜHLBAUER, „Floating-Zone Silicon“, Seite 82-92, herausgegeben von MARCEL DECKER, INC.).
Zum Beispiel werden als Dotiergas PH₃ und andere zur Dotierung von P (Phosphor) als n-Dotiermittel verwendet und B₂H₆ und andere werden zur Dotierung von B (Bor) als p-Dotiermittel benutzt. Obwohl der spezifische Widerstand des Silizium-Einkristalls abhängig von einem Konzentrationsunterschied in dem n-Dotiermittel und dem p-Dotiermittel variiert, wird der spezifische Widerstand bei Erhöhung der zugesetzten Dotiermittelmenge verringert, wenn bei der regulären Kristallherstellung mit dem n-Dotiermittels allein oder dem p-Dotiermittels allein dotiert wird.
Um den Silizium-Einkristall mit dem gewünschten spezifischen Widerstand zu erhalten, müssen eine zuzusetzende Dotiermittelmenge, die bezogen, auf den spezifischen Widerstand eines Rohstoffs berechnet wird, und ein gewünschter Widerstand in angemessener Weise aufrechterhalten werden. Ein FZ-Silizium-Einkristall mit dem gewünschten Widerstand kann als Ergebnis der Herstellung eines Einkristalls auf der Grundlage des FZ-Verfahrens unter geeigneter Beibehaltung einer zugesetzten Dotiermittelmenge durch Anpassen z.B. einer Konzentration oder eines Durchsatzes eines zuzuführenden Dotiergases erhalten werden.
Es ist erwünscht, dass ein Wafer, der aus dem auf der Grundlage des FZ-Verfahrens erhaltenen Silizium-Einkristall hergestellt wird, eine geringe Schwankung bezüglich des spezifischen Widerstands in einer Waferebene hat und einen spezifischen Widerstand aufweist, der insbesondere in einer ganzen Ebene in größtmöglichem Umfang vereinheitlicht ist; und dies kann dadurch erreicht werden, dass eine Verteilung des spezifischen Widerstands bzw. eine Widerstandsverteilung in einem Querschnitt eines FZ-Einkristalls als Rohstoff für den Wafer weiter vereinheitlicht wird. Um die Anforderung zu erfüllen, wird zur Herstellung eines Großdurchmesser-FZ-Einkristalls mit einem Durchmesser von insbesondere 150 mm oder mehr ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem ein Einkristall unter abwechselnder Änderung der Drehrichtung des Einkristalls (siehe z.B. japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung (Kokai) JP H07-315980 A ) wachsen gelassen wird, um einen einheitlichen spezifischen Widerstand in der Ebene zu erreichen.
Weiter wird in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung (Kokai) JP 2008-266102 A vorgeschlagen, eine radiale Widerstandsverteilung eines Einkristalls zu stabilisieren wobei die Drehbedingungen des Einkristalls, z.B. ein positives/negatives Drehverhältnis oder ein Drehwinkel, so definiert sind, dass sie während der Herstellung eines FZ-Einkristalls in einen bestimmten Bedingungsbereich fallen.
Aus der WO 2008/125104 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter-Einkristalls bekannt, bei dem u.a. auf der Grundlage eines FZ-Verfahrens ein Halbleiter-Einkristall unter Drehung des Kristalls wachsen gelassen wird.
JP 2002-249393 A beschreibt ebenfalls Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung von Einkristallen nach dem FZ-Verfahren.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Allerdings wird in den letzten Jahren der erforderliche Durchmesser für einen FZ-Silizium-Einkristall größer. Bei einem Wafer, der aus einem FZ-Silizium-Einkristall mit einem Durchmesser von 150 mm oder mehr hergestellt wird, ist, wenn ein Verfahren zur Herstellung eines FZ-Einkristalls unter abwechselnder Änderung der Drehrichtung des Einkristalls eingesetzt wird, dieses Verfahren in gewissem Umfang zur Reduzierung einer Schwankung des spezifischen Widerstands in der Ebene wirksam, allerdings steigt die Schwankung des spezifischen Widerstands in einer Waferebene tendenziell im Vergleich zu einem Wafer, der aus einem FZ-Silizium-Einkristall mit einem Durchmesser von beispielsweise 125 mm oder weniger hergestellt wird.
Bei der Herstellung eines FZ-Silizium-Einkristalls insbesondere mit einem Durchmesser von 200 mm oder mehr kann, selbst wenn die Bedingungen dahingehend erfüllt sind, dass sie in einen solchen FZ-Einkristallherstellungsbedingungsereich fallen, wie in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung (Kokai) JP 2008-266102 A erläutert, nicht festgestellt werden, dass eine radiale Widerstandsverteilung ausreichend einheitlich ist; außerdem ist die Steuerung eines spezifischen Widerstands in einem zentralen Abschnitt in einer Ebene eines Kristalls besonders schwierig.
Darüber hinaus tritt, wenn versucht wird, die radiale Widerstandsverteilung durch Änderung der Drehbedingungen des Einkristalls weiter zu vereinheitlichen, eine Verschlechterung der Kristallform beispielsweise aufgrund einer Reaktion zur Zeit der umgekehrten Drehung des Einkristalls weiter häufig bei der Herstellung eines Einkristalls mit großem Durchmesser auf und hemmt so das Wachstum des Einkristalls. Außerdem taucht dadurch ein Problem bei der Herstellung des FZ-Einkristalls, z.B. eine verringerte Produktivität, auf. Wie oben erläutert, ist es nicht leicht, sowohl die Einheitlichkeit der radialen Widerstandsverteilung als auch die Stabilität des Kristallwachstums zu realisieren.
Demgemäß besteht im Hinblick auf die oben beschriebenen Probleme eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter-Einkristalls auf der Grundlage eines FZ-Verfahrens vorzusehen, durch das eine Verschlechterung der Kristallform unterdrückt werden kann, eine radiale Widerstandsverteilung gesteuert werden kann und insbesondere eine Schwankung des spezifischen Widerstands in einer Ebene reduziert werden kann, und zwar insbesondere selbst bei einem Halbleiter-Einkristall mit einem großen Durchmesser von 150 mm oder mehr, und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Halbleiter-Einkristalls, mit der dieses Herstellungsverfahren durchgeführt werden kann, vorzusehen.
Um diese Aufgabe zu erzielen, wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter-Einkristalls auf der Grundlage eines FZ-Verfahrens zur Verfügung gestellt, umfassend: teilweises Erwärmen und Schmelzen eines Rohstoff-Kristalls zur Ausbildung einer Schmelzzone unter Drehung des Rohstoff-Kristalls mittels einer Induktionsheizspule; und Bewegen der Schmelzzone von einem Endabschnitt zum anderen Endabschnitt des Rohstoff-Kristalls, um einen Halbleiter-Einkristall unter Drehung des Halbleiter-Einkristalls wachsen zu lassen, wobei eine Drehrichtung des Halbleiter-Einkristalls abwechselnd geändert wird und die Drehrichtung oder eine Drehrichtung und die Drehzahl des Rohstoff-Kristalls während des Wachstums des Halbleiter-Einkristalls geändert wird, um so den Halbleiter-Einkristall wachsen zu lassen, wobei die Drehrichtung des Rohstoff-Kristalls in eine entgegengesetzte Richtung zur Drehrichtung des Halbleiter-Einkristalls geändert wird.
Weitere Gegenstände der vorliegenden Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen dieses Patentes zu entnehmen.
Als Ergebnis kann die Widerstandsverteilung in der ganzen Kristallebene durch eine synergistische Wirkung auf der Grundlage der Drehsteuerung für den Halbleiter-Einkristall und der Drehsteuerung für den Rohstoff-Kristall gesteuert werden. Insbesondere können der Halbleiter-Einkristall und der Halbleiter-Einkristall-Wafer, bei dem die Schwankung des spezifischen Widerstands in einer Ebene unterdrückt ist, erhalten werden.
Da die radiale Widerstandsverteilung auf der Grundlage der Drehsteuerung sowohl für den Halbleiter-Einkristall als auch den Rohstoff-Kristall gesteuert wird, kann verhindert werden, dass die Drehbedingungen für den Halbleiter-Einkristall insbesondere von den relativ einfachen Drehbedingungen beim Kristallwachstum abweichen. Wenn wie bei der herkömmlichen Technik die radiale Widerstandsverteilung nur auf der Grundlage der Steuerung der Drehbedingungen für den Halbleiter-Einkristall gesteuert wird, müssen die Drehbedingungen für den Halbleiter-Einkristall stark geändert werden, wodurch die Kristallform verschlechtert wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann allerdings eine Wachstumshemmung des Einkristalls unterdrückt werden, wodurch der Kristall leicht und stabil wachsen gelassen wird.
Das Einsetzen des Verfahrens ermöglicht es, die Steuerung der radialen Widerstandsverteilung im Vergleich zu einem Fall, in dem der Halbleiter-Kristall und der Rohstoff-Kristall einzeln und unabhängig gedreht werden, wirksamer zu realisieren.
Weiter ist es möglich, dass, wenn die Drehrichtung des Rohstoff-Kristalls zum Wachsenlassen des Halbleiter-Einkristalls geändert wird, die Drehrichtung des Rohstoff-Kristalls in eine Richtung geändert wird, die zur abwechselnd geänderten Drehrichtung des Halbleiter-Einkristalls entgegengesetzt ist.
Wenn ein solches Verfahren eingesetzt wird, kann die Erzeugung einer Schmelzkonvektion in der Nähe eines zentralen Abschnitts einer flüssigen Schmelze in einer Schmelzzone weiter erleichtert werden, kann eine Verringerung des spezifischen Widerstands in der Nähe des zentralen Abschnitts leicht unterdrückt werden und kann ein Einfluss auf die radiale Widerstandsverteilung weiter erhöht werden.
Außerdem ist es möglich, dass bei Änderung der Drehzahl des Rohstoff-Kristalls derart, dass der Halbleiter-Einkristall wächst, die Drehrichtung des Rohstoff-Kristalls auf die Drehrichtung mit dem größeren Drehbetrag des Halbleiter-Einkristalls festgelegt ist, welche abwechselnd geändert wird.
Darüber hinaus ist es jetzt möglich, dass in dem Fall, in dem die Drehrichtungen des Rohstoff-Kristalls und des Halbleiter-Einkristalls zueinander entgegengesetzt sind, die Drehzahl des Rohstoff-Kristalls größer ist als die Drehzahl des Rohstoffs ist, wenn der Rohstoff-Kristall und der Halbleiter-Einkristall dieselbe Drehrichtung haben.
Wie oben erläutert kann die Drehrichtung des Rohstoff-Kristalls festgelegt werden, und selbst in einem solchen Fall kann ein Unterschied in der relativen Drehzahl zwischen dem Rohstoff-Kristall und dem Halbleiter-Kristall dadurch verstärkt werden, dass die Drehzahl des Rohstoff-Kristalls gesteuert wird, wie oben erläutert, wodurch ein Einfluss auf die Schmelzkonvektion in der Nähe des zentralen Abschnitts und die radiale Widerstandsverteilung weiter erhöht wird.
Darüber hinaus ist es bevorzugt, die Drehzahl des Rohstoff-Kristalls so einzustellen, dass sie gleich oder kleiner als die Drehzahl des Halbleiter-Einkristalls ist.
Obwohl der Einfluss auf die Schmelzkonvektion mit zunehmender Drehzahl des Rohstoff-Kristalls steigt, wird es durch ein Einstellen der Drehzahl des Rohstoff-Kristalls derart, dass sie gleich oder kleiner als die Drehzahl des Halbleiter-Einkristalls ist, auf diese Weise möglich, das Auftreten von Problemen beim Kristallwachstum, wie beispielsweise ein örtlich ungleichmäßiger Zustand der flüssigen Schmelze, zu unterdrücken und so eine Verschlechterung des Kristallwachstums zu vermeiden.
Weiterhin ist es möglich, dass der Durchmesser des herzustellenden Halbleiter-Einkristalls auf 150 mm oder mehr eingestellt wird.
Obwohl die Steuerung der radialen Widerstandsverteilung oder die Stabilisierung des Kristallwachstums mit zunehmendem Kristalldurchmesser schwierig wird, ist die vorliegende Erfindung selbst in einem Fall wirksam, in dem ein Halbleiter-Einkristall mit einem Durchmesser von 150 mm oder mehr hergestellt wird, und die erhaltene Wirkung ist im Vergleich zu einem Fall, in dem der Kristalldurchmesser gering ist, stärker.
Weiterhin wird eine Vorrichtung zur Herstellung eines Halbleiter-Einkristalls auf der Grundlage eines FZ-Verfahrens offenbart, mindestens umfassend: eine Induktionsheizspule, die einen Rohstoff-Kristall teilweise erwärmt und schmelzt, um eine Schmelzzone zu bilden; und einen Drehmechanismus, den Rohstoff-Kristall und einen Halbleiter-Einkristall dreht, wenn der Rohstoff-Kristall durch die Induktionsheizspule erwärmt und geschmolzen wird, um den Halbleiter-Einkristall wachsen zu lassen, wobei der Drehmechanismus ein Drehsteuermittel zum Steuern aufweist, um die Drehrichtungen und Drehzahl des Rohstoff-Kristalls und des Halbleiter-Einkristalls automatisch zu ändern, und das Drehsteuermittel in der Lage ist, die Drehrichtung des Halbleiter-Einkristalls abwechselnd zu ändern, und in der Lage ist, die Drehrichtung und/oder die Drehzahl des Rohstoff-Kristalls während des Wachstums des Halbleiter-Einkristalls zu ändern.
Gemäß einer solchen Vorrichtung kann, da die Drehrichtung des Halbleiter-Einkristalls abwechselnd geändert werden kann und die Drehrichtung und/oder die Drehzahl des Rohstoff-Kristalls während des Wachstums des Halbleiter-Einkristalls geändert werden kann, die radiale Widerstandsverteilung bis zu einem gewissen Ausmaß auf der Grundlage der Drehsteuerung für den Halbleiter-Einkristall gesteuert werden, und beeinflusst die Drehsteuerung für den Rohstoff-Kristall eine Schmelzkonvektion in der Nähe eines zentralen Abschnitts in einer flüssigen Schmelze in einer Schmelzzone, wodurch die Widerstandsverteilung in der Nähe des zentralen Abschnitts in der Ebene gesteuert wird.
Weiterhin macht es eine synergistische Wirkung auf der Grundlage der Drehsteuerung für den Halbleiter-Einkristall und den Rohstoff-Kristall möglich, dass der Halbleiter-Einkristall mit der in der ganzen Kristallebene gesteuerten Widerstandsverteilung erhalten wird, wodurch insbesondere der Halbleiter-Einkristall, bei dem die Schwankung des spezifischen Widerstands in einer Ebene unterdrückt ist, hergestellt wird.
Da die radiale Widerstandsverteilung auf der Grundlage der Drehsteuerung sowohl des Halbleiter-Einkristalls als auch des Rohstoff-Kristalls gesteuert werden kann, kann außerdem insbesondere verhindert werden, dass die Drehbedingungen des Halbleiter-Einkristalls von relativ einfachen Drehbedingungen beim Kristallwachstum abweichen, und so kann eine Verschlechterung einer Kristallform vermieden werden, wodurch ein Kristall einfach und stabil wachsen gelassen wird.
Zu dieser Zeit ist es bevorzugt, dass das Drehsteuermittel in der Lage ist, die Änderung der Drehrichtung des Halbleiter-Einkristalls mit der Änderung der Drehrichtung und/oder der Drehzahl des Rohstoff-Kristalls zu synchronisieren.
Gemäß einer solchen Vorrichtung kann eine Änderung der Drehrichtung des Halbleiter-Einkristalls mit einer Änderung der Drehrichtung und/oder der Drehzahl des Rohstoff-Kristalls synchronisiert werden, und daher kann die Steuerung der radialen Widerstandsverteilung im Vergleich zu einem Fall, bei dem der Halbleiter-Kristall und der Rohstoff-Kristall einzeln und unabhängig gedreht werden, wirksamer realisiert werden.
Wie oben erläutert, können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter-Einkristalls selbst bei einem Kristall mit einem großen Durchmesser der Halbleiter-Einkristall und die radiale Widerstandsverteilung eines Wafers, der aus diesem Kristall erhalten wird, so eingestellt werden, dass sie näher an einem gewünschten Zustand, insbesondere einem einheitlichen Zustand, liegen, ohne von den relativ einfachen Herstellungsbedingungen beim Kristallwachstum abzuweichen. Da eine Schwankungsreduzierung des spezifischen Widerstands in der Waferebene weiter eine Verbesserung des Ausbeuteverhältnisses und der Produktivität bei der Herstellung eines Bauelements aus dem Wafer ermöglicht, wird die Beständigkeit der Versorgung des Halbleiter-Einkristalls erhöht.
Figurenliste

1 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel einer Vorrichtung zur Herstellung eines Halbleiter-Einkristalls auf der Grundlage eines FZ-Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die Drehmuster eines Rohstoff-Kristalls und eines Silizium-Einkristalls gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 ist ein Diagramm, das ein anderes Beispiel für die Drehmuster des Rohstoff-Kristalls und des Silizium-Einkristalls gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
4 ist ein Diagramm, das ein anderes Beispiel für die Drehmuster des Rohstoff-Kristalls und des Silizium-Einkristalls gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
5 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die Drehmuster eines Rohstoff-Kristalls und eines Silizium-Einkristalls gemäß einer herkömmlichen Technologie zeigt;
6 ist ein Diagramm, das eine radiale Widerstandsverteilung eines Wafers gemäß Beispiel 1 gezeigt;
7 ist ein Diagramm, das eine radiale Widerstandsverteilung eines Wafers gemäß Beispiel 2 zeigt;
8 ist ein Diagramm, das eine radiale Widerstandsverteilung eines Wafers gemäß Beispiel 3 zeigt;
9 ist ein Diagramm, das die radiale Widerstandsverteilung eines Wafers gemäß Beispiel 4 zeigt;
10 ist ein Diagramm, das die radiale Widerstandsverteilung eines Wafers gemäß dem Vergleichsbeispiel 1 zeigt;
11 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel einer Vorrichtung zur Herstellung eines Halbleiter-Einkristalls auf der Grundlage des FZ-Verfahrens gemäß der herkömmlichen Technologie zeigt;
12 sind schematische Ansichten, die einen Zustand einer Schmelzkonvektion in einer radialen Richtung in der Nähe einer Fest-Flüssig-Trennfläche in einer flüssigen Schmelze zeigen, wenn ein Halbleiter-Einkristall auf der Grundlage des FZ-Verfahrens hergestellt wird, worin (a) einen Fall zeigt, bei dem die Drehzahl des Halbleiter-Einkristalls klein ist und (b) einen Fall zeigt, bei dem die Drehzahl des Halbleiter-Einkristalls groß ist; und
13 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für ein Ergebnis einer Simulationsanalyse für eine Schmelzkonvektion zeigt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Es wird nun eine Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung ausführlicher mit Bezug auf die Zeichnungen nachfolgend beschrieben, allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt.
Wenn ein Halbleiter-Einkristall auf der Grundlage des FZ-Verfahrens hergestellt wird, kann gemäß der herkömmlichen Technologie nicht davon ausgegangen werden, dass eine Widerstandsverteilung in einer Kristallebene bei erhöhtem Durchmesser ausreichend einheitlich ist; es besteht das Problem, dass ein spezifischer Widerstand insbesondere in einem zentralen Abschnitt verringert ist.
Daher haben die vorliegenden Erfinder wiederholt und eifrig Untersuchungen durchgeführt, um eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter-Einkristalls auf der Grundlage des FZ-Verfahrens zu entwickeln, mit denen der spezifische Widerstand in einem Bereich in der Nähe eines zentralen Abschnitts des Halbleiter-Einkristalls gesteuert, eine Widerstandsverteilung in der ganzen Ebene gesteuert und weiter die radiale Widerstandsverteilung vereinheitlicht werden kann, ohne die Produktivität im Vergleich zur herkömmlichen Technologie selbst bei der Herstellung des Halbleiter-Einkristalls mit einem großen Durchmesser zu senken. Die von den vorliegenden Erfinder durchgeführte Untersuchung wird nun nachfolgend beschrieben.
Es wird zuerst eine herkömmliche allgemeine Vorrichtung und ein solches Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter-Einkristalls auf der Grundlage des FZ-Verfahrens beschrieben. Es wird hier ein Beispiel zur Herstellung eines Silizium-Einkristalls gegeben.
Die 11 zeigt einen Umriss eines Beispiels für eine Vorrichtung zur Herstellung eines Halbleiter-Einkristalls auf der Grundlage des FZ-Verfahrens (eine FZ-Einkristall-Herstellungsvorrichtung). Eine FZ-Einkristall-Herstellungsvorrichtung 101 hat eine Kammer 102, und eine drehbare obere Welle 103 und eine drehbare untere Welle 104 sind in der Kammer 102 vorgesehen. Ein Siliziumstab mit einem vorbestimmten Durchmesser als Rohstoffkristall 105 ist an der oberen Welle 103 angebracht, und ein Impfkristall 106 ist an der unteren Welle 104 angebracht. Weiter sind eine Induktionsheizspule 107, die den Rohstoff-Kristall 105 schmelzt, und eine Dotierdüse 109, die ein Dotiergas auf eine Schmelzzone 108 sprüht, in der der Rohstoff-Kristall 105 geschmolzen wird, in der Kammer 102 angeordnet.
Um einen FZ-Einkristall mittels einer solchen FZ-Einkristall-Herstellungsvorrichtung 101 herzustellen, wird ein Ende des Rohstoff-Kristalls 105, das an der oberen Welle 103 angebracht ist, durch die Induktionsheizspule 107 geschmolzen und dann mit dem Impfkristall 106, der an der unteren Welle 104 angebracht ist, schmelzverbunden, werden Verlagerungen durch einen Hals 110 ausgeschaltet, wird der Impfmaterial-Kristall 106 nach unten bewegt, während die obere Welle 103 und die untere Welle 104 gedreht werden (jede dieser Wellen wird in diesem Beispiel in einer festgelegten Richtung mit einer festen Drehzahl gedreht), und wird die Schmelzzone 108 relativ zum Rohstoff-Kristall 105 bewegt, um einen Silizium-Einkristall 111 wachsen zu lassen. Zu dieser Zeit wird nach der Halsbildung der Durchmesser des Silizium-Einkristalls 111 langsam auf den gewünschten Durchmesser unter Bildung eines Kegelabschnitts 112 erhöht und nach Erreichen des gewünschten Durchmessers das Kristallwachstum unter Beibehaltung des gewünschten Durchmessers realisiert, wodurch wird ein gerader Körper 113 entsteht. Während des Wachstums wird ein Dotiergas aus der Dotierdüse 109 auf eine Schmelzzone 108 gesprüht, um ein Dotiermittel bereitzustellen, wodurch ein Silizium-Einkristallstab mit einem gewünschten spezifischen Widerstand ausgestattet wird.
Die Schmelzzone 108 wird zu einem oberen Ende des Rohstoff-Kristalls 105 bewegt, um die Herstellung des Silizium-Einkristalls 111 zu beenden.
Die vorliegenden Erfinder haben Faktoren untersucht, die die Widerstandsverteilung in einer Kristallebene eines auf diese Weise hergestellten Halbleiter-Einkristalls (eines Silizium-Einkristalls) beeinflussen; sie haben auf eine flüssige Schmelze in der Schmelzzone geachtet und eingehend die Beziehung zwischen der flüssigen Schmelze und der Widerstandsverteilung in einer Kristallebene wie folgt untersucht.
Die 12 ist eine schematische Ansicht, die eine Schmelzkonvektion zur Zeit der Herstellung des FZ-Einkristalls entlang einem Querschnitt zeigt, der durch einen zentralen Abschnitt des Silizium-Einkristalls verläuft und parallel zu einer axialen Richtung des Kristallwachstums ist. Ströme der flüssigen Schmelze in einer radialen Kristallrichtung in der Nähe einer Fest-Flüssig-Trennfläche in der flüssigen Schmelze sind durch Pfeile in der Zeichnung angegeben. Der Rohstoff-Kristall wird durch die Induktionsheizspule geschmolzen (die Schmelzzone auf der Rohstoff-Kristallseite) und die flüssige Schmelze (die Schmelzzone auf der Silizium-Einkristallseite) wird unter dem Hals gekühlt, um den Silizium-Einkristall zu bilden.
Wie in der 12(a) gezeigt ist, strömt, wenn der Kristall mit niedriger Geschwindigkeit gedreht wird, d.h. wenn die Drehzahl des Silizium-Einkristalls gering ist, die Schmelzkonvektion in der radialen Richtung des Kristalls in der Nähe der Fest-Flüssig-Trennfläche in der flüssigen Schmelze in einer Richtung, die von einem peripheren Abschnitt des Kristalls zum zentralen Abschnitt verläuft, wobei allerdings die Konvektionsgeschwindigkeit in der Nähe des zentralen Kristallabschnitts sehr gering wird.
Wenn der Kristall weiter mit hoher Geschwindigkeit gedreht wird, d.h. wenn die Drehzahl des Silizium-Einkristalls groß ist, wie in der 12(b) gezeigt, wird ein Strom, der vom zentralen Abschnitt des Kristalls zum peripheren Abschnitt des Kristalls verläuft, in der Nähe des zentralen Abschnitts des Kristalls in der Umgebung der Fest-Flüssig-Trennfläche erzeugt, wobei allerdings ist die Konvektionsgeschwindigkeit in der Nähe der Fest-Flüssig-Trennfläche insgesamt im Vergleich zu dem Fall, in dem die Drehzahl des Kristalls gering ist, gering ist.
Wenn die Drehzahl eines herzustellenden Halbleiter-Einkristalls erhöht wird, wird gemäß der BPS-Theorie von Burton u.a. (J. Chem. Phys. 21 (1958), 1987) ein wirksamer Verteilungskoeffizient verringert, die Einführung einer Dotiermittel-Störstelle in den Kristall von einer flüssigen Schmelze reduziert und so der Kristallwiderstand erhöht. Das liegt daran, dass aufgrund eines Anstiegs der Kristalldrehzahl eine Schmelzkonvektion erzeugt wird, wodurch die Schmelze mit einer hohen Dotiermittelkonzentration in der Nähe einer Fest-Flüssig-Trennfläche vermischt (die Dicke einer Grenzdiffusionsschicht wird reduziert) und so der wirksame Verteilungskoeffizient gesenkt wird, so dass eine Verteilung des spezifischen Widerstands in einer Kristallebene erfolgt, wenn die Schmelzkonvektionsgeschwindigkeit innerhalb der Ebene in der Nähe der Fest-Flüssig-Trennfläche in der flüssigen Schmelze unterschiedlich ist.
Da die Schmelze in einem Abschnitt mit einer hohen Schmelzkonvektionsgeschwindigkeit gut vermischt wird und die Schmelze in einem Abschnitt mit einer niedrigen Schmelzkonvektionsgeschwindigkeit weniger gut vermischt wird, verbleibt die Schmelze mit der hohen Dotiermittelkonzentration im Abschnitt mit der niedrigen Schmelzkonvektionsgeschwindigkeit, wodurch eine Verteilung der Dotiermittelkonzentration in der flüssigen Schmelze erzeugt wird. Dies kann auch ein Produktionsfaktor im Hinblick auf die Verteilung des spezifischen Widerstands in der Kristallebene sein.
Wie oben erläutert, wird, wenn die Drehzahl des Silizium-Einkristalls gering ist, die Schmelzkonvektion, die vom peripheren Abschnitt des Kristalls zum zentralen Abschnitt des Kristalls hin erfolgt, in der radialen Richtung des Kristalls in der Nähe der Fest-Flüssig-Trennfläche in der flüssigen Schmelze erzeugt und ist die Konvektionsgeschwindigkeit auf der peripheren Abschnittseite des Kristalls hoch, verringert sich aber allmählich zum zentralen Abschnitt des Kristalls hin. Daher variiert der wirksame Verteilungskoeffizient in der Ebene und der spezifische Widerstand in der Ebene hat eine solche Verteilung, dass der spezifische Widerstand im peripheren Abschnitt des Kristalls hoch ist und sich zum zentralen Abschnitt des Kristalls hin verringert.
Da der Kristall mit niedriger Drehzahl gedreht wird und die Schmelzvermischung in einer Umfangsrichtung des Kristalls relativ gering ist, neigt darüber hinaus das hoch konzentrierte Dotiermittel weiter dazu, in der Nähe des zentralen Abschnitts zu bleiben, was weiter die Tendenz verstärkt, dass der spezifische Widerstand im zentralen Abschnitt verringert wird. Wie oben erläutert, schwankt die radiale Widerstandsverteilung beträchtlich, wenn die Drehzahl des Silizium-Einkristalls gering ist.
Wenn andererseits die Drehzahl des Silizium-Einkristalls hoch ist, wird die Schmelzkonvektionsgeschwindigkeit in der radialen Richtung des Kristalls in der Nähe der Fest-Flüssig-Trennfläche in der flüssigen Schmelze insgesamt verringert, und es wird der Geschwindigkeitsunterschied in der radialen Richtung reduziert. Daher wird eine Schwankung des spezifischen Widerstands in der radialen Richtung gering. Weiterhin wird eine Schmelzkonvektion, die vom zentralen Abschnitt des Kristalls zum peripheren Abschnitt des Kristalls hin erfolgt, in der Nähe des zentralen Abschnitts des Kristalls erzeugt, obwohl sie gering ist. Demgemäß wird eine Reduzierung des spezifischen Widerstands in der Nähe des zentralen Abschnitts vermindert. Außerdem wird die Schwankung der radialen Widerstandsverteilung im Vergleich zu dem Fall reduziert, in dem die Drehzahl des Kristalls gering ist.
Da der Kristall mit hoher Drehzahl gedreht wird, wird allerdings die Schmelzvermischung in der Umfangsrichtung des Kristalls erhöht und ein Unterschied der Umfangsgeschwindigkeit zwischen dem zentralen Abschnitt des Kristalls und dem peripheren Abschnitt des Kristalls wird vergrößert. Daher neigt die Schmelze mit einer Dotierkonzentration, die in der radialen Richtung relativ hoch ist, dazu, im zentralen Abschnitt des Kristalls zu verbleiben, und der spezifische Widerstand in der Nähe des zentralen Abschnitts in der Ebene ist weiterhin reduziert.
Hier wird, wie in dem in der 11 oder 12 gezeigten Beispiel, während der Herstellung des Silizium-Einkristalls 111 der Rohstoff-Kristall 105 durch die Induktionsheizspule 107 geschmolzen, um mit der flüssigen Schmelze in einem Abschnitt, der kleiner als der Durchmesser des Rohstoff-Kristalls 105 ist (dieser Abschnitt wird nachfolgend als Hals bezeichnet), verbunden zu werden (die Seite über dem Hals ist die Schmelzzone auf der Rohstoff-Kristallseite und die Seite unter dem Hals ist die Schmelzzone auf der Silzium-Einkristallseite). Weiter wird diese flüssige Schmelze auf der unteren Seite, die zum Silizium-Einkristall 111 wird, verfestigt.
Die vorliegenden Erfinder haben dann überlegt, zum Beispiel bei Einsatz des FZ-Einkristall-Herstellungsverfahrens, bei dem das Drehzentrum des Rohstoff-Kristalls, das Drehzentrum des Silizium-Einkristalls und das Zentrum der Induktionsheizspule koaxial angeordnet sind, den Rohstoff-Kristall direkt über einen Abschnitt in der Nähe des zentralen Abschnitts des Kristalls durch die flüssige Schmelze zu platzieren und die Schmelzkonvektion durch die Drehung des Rohstoff-Kristalls zu beeinflussen.
Da der Durchmesser des Halsabschnitts des Rohstoff-Kristalls, der mit der flüssigen Schmelze verbunden ist, geringer als der Durchmesser des Silizium-Einkristalls ist, wird die ganze Region der flüssigen Schmelze nicht beeinflusst, selbst wenn der Rohstoffkristall gedreht wird; allerdings ist es möglich, dass eine Änderung der Schmelzkonvektion in der Nähe des zentralen Abschnitts des Silizium-Einkristalls hervorgerufen wird. Daher kann die Widerstandsverteilung in der Nähe des zentralen Abschnitts in der Kristallebene durch das Drehen des Rohstoff-Kristalls geändert werden.
Selbst bei einem Verfahren zur Herstellung eines FZ-Einkristalls, bei dem die Drehachse eines Silizium-Einkristalls von der Drehachse eines Rohstoff-Kristalls und dem Zentrum einer Induktionsheizspule abweicht, da der Durchmesser eines Halsabschnitts mehrere zehn mm aufweist, kann es andererseits in Betracht gezogen werden, dass der Einfluss auf einen zentralen Abschnitt des Einkristalls weitgehend gleich zu dem ist, bei welchem der Einkristall nicht abweicht, solange der Abweichbetrag des Einkristalls ungefähr mehrere mm bis 20 mm als praktischen Wert aufweist.
Selbst wenn der Abweichbetrag des Einkristalls 20 mm übersteigt, kann eine Änderung der Schmelzkonvektion, die durch das Drehen des Rohstoff-Kristalls hervorgerufen wird, weiterhin einen Abschnitt in der Nähe des zentralen Abschnitts des Einkristalls beeinflussen, und so kann gleichermaßen eine Änderung der radialen Widerstandsverteilung hervorgerufen werden.
Auf dieser Grundlage haben die vorliegenden Erfinder ihre Aufmerksamkeit auf die Änderung der Konvektion in der flüssigen Schmelze in der Schmelzzone durch Drehung des Rohstoff-Kristalls als Verfahren zum wirksamen Beeinflussen der Widerstandsverteilung in der Nähe des zentralen Abschnitts des Silizium-Einkristalls gelenkt.
Außerdem haben die vorliegenden Erfinder eine Simulationsanalyse unter Verwendung von Software, wie beispielsweise FEMAG-FZ, im Hinblick auf die Konvektion in einer flüssigen Schmelze bei Herstellung eines Silizium-Einkristalls auf der Grundlage des FZ-Verfahrens durchgeführt und den Konvektionszustand in der flüssigen Kritsallschmelze untersucht. Die FEMAG-FZ ist eine Software zur Analyser der globalen Wärmeübertragung, die von FEMAG soft und dem CESAME Forschungszentrum der Universität Louvain (Belgien) entwickelt wurde.
Die 13 zeigt das Beispiel eines Ergebnisses der Simulationsanalyse für eine Schmelzkonvektion. Die 13 zeigt einen halben Bereich, der sich vom zentralen Abschnitt des Kristalls zum peripheren Abschnitt des Kristalls entlang eines Querschnitts erstreckt, der den zentralen Abschnitt des Silizium-Einkristalls aufweist und parallel zu einer Kristallwachstumsachse verläuft. Die Konvektionsgeschwindigkeit in der radialen Richtung des Kristalls wird in jeder Position in der flüssigen Schmelze durch einen Geschwindigkeitsvektor angegeben.
Darüber hinaus haben die vorliegenden Erfinder eine Drehsteuerart untersucht, mit der die Schmelzkonvektion dadurch wirksam beeinflusst werden kann, dass eine Berechnung mittels der oben beschriebenen Software durchgeführt wird, und sie haben ein Ergebnis erhalten, bei dem die Schmelzkonvektion in der Nähe der Fest-Flüssig-Trennfläche in der Nachbarschaft des zentralen Abschnitts in der Ebene größer wird, wenn die Drehzahl des Rohstoff-Kristalls insbesondere in einer entgegengesetzten Richtung zur Drehrichtung des Silizium-Einkristalls erhöht wird.
Zum Beispiel wird es hier in dem Fall, in dem nur der Silizium-Einkristall in einer festgelegten Richtung mit einer festen Drehzahl während der Herstellung des Silizium-Einkristalls gedreht wird, durch eine Drehung des Rohstoff-Kristalls in der entgegengesetzten Richtung zur Drehrichtung des Silizium-Einkristalls, wie oben erläutert, ermöglicht, die Schmelzkonvektion in der Nähe des zentralen Bereichs in der Ebene in der Nachbarschaft der Fest-Flüssig-Trennfläche des Kristalls zu erzeugen, wodurch eine Schwankung der radialen Widerstandsverteilung des Kristalls in gewissem Umfang reduziert wird.
Wenn allerdings die Drehung des Silizium-Einkristalls in der festgelegten Richtung mit fester Drehzahl erfolgt, ist die Schwankung der radialen Widerstandsverteilung des unter den Herstellungsbedingungen hergestellten Silizium-Einkristalls für den Silizium-Einkristall von Anfang an groß. Selbst wenn die Drehung des Rohstoff-Kristalls eingestellt wird, kann daher die Schwankung in gewissen Umfang im Vergleich zur ursprünglichen radialen Widerstandsverteilung in dem Fall verringert werden, in dem die Drehung des Rohstoff-Kristalls nicht eingestellt ist; allerdings reicht diese Verringerung allein nicht aus und daher ist die Schwankung der Widerstandsverteilung noch groß, wie aus der ganzen Ebene ersichtlich ist.
Die Drehung des Rohstoff-Kristalls ist nur eine der FZ-Einkristall-Herstellungsbedingungen, und sie beeinflusst nicht die Widerstandsverteilung in der ganzen Kristallebene, wie oben erläutert, sondern kombiniert die Drehung mit den anderen FZ-Einkristall-Herstellungsbedingungen und ermöglicht so das Vorsehen einer synergistischen Wirkung zur Verbesserung der radialen Widerstandsverteilung.
Auf diesem Wissen aufbauend haben die vorliegenden Erfinder als erste entdeckt, dass es effektiv ist, die Schwankung einer grundlegenden radialen Widerstandsverteilung dadurch zu verringern, dass die Herstellung eines Einkristalls unter Verwendung eines Verfahrens zum Wachsenlassen eines Einkristals unter abwechselnder Änderung der Drehrichtung des Silizium-Einkristalls durchgeführt wird, wenn die Widerstandsverteilung in einer ganzen Ebene gesteuert, insbesondere vereinheitlicht, wird. Darüber hinaus haben sie entdeckt, dass die Änderung der Drehrichtung und/oder der Drehzahl eines Rohstoff-Kristalls die Beeinflussung einer Schmelzkonvektion in der Nähe eines zentralen Abschnitts in einer Kristallebene und insbesondere die Unterdrückung der Verringerung des Widerstands ermöglicht. Darüber hinaus haben sie ein Modell konzipiert, bei dem, wenn die Drehsteuerung des Silizium-Einkristalls und des Rohstoff-Kristalls während der Herstellung des Silizium-Einkristalls durchgeführt wird, die Widerstandsverteilung in der ganzen Ebene des Silizium-Einkristalls gesteuert und auf der Grundlage einer synergistischen Wirkung der Steuerung vereinheitlicht werden kann, wodurch die vorliegende Erfindung vollendet ist.
Eine Vorrichtung zur Herstellung eines Halbleiter-Einkristalls zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nun nachfolgend beschrieben. Es ist zu beachten, dass ein Beispiel, bei dem ein Silizium-Einkristall hergestellt wird, erläutert wird, die vorliegende Erfindung aber nicht darauf beschränkt ist, und dass eine Vorrichtung, mit der man einen Halbleiter-Einkristall herstellen kann, ausreichen kann.
Die 1 zeigt einen Umriss eines Beispiels einer Vorrichtung zur Herstellung eines Halbleiter-Einkristalls auf der Grundlage des FZ-Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung. Diese FZ-Einkristall-Herstellungsvorrchtung 1 besitzt eine Kammer 2, und eine drehbare obere Welle 3 und eine drehbare untere Welle 4 sind in der Kammer 2 vorgesehen. Ein Siliziumstab mit einem vorbestimmten Durchmesser ist als Rohstoff-Kristall 5 an der oberen Welle 3 angeordnet, und ein Impfkristall 6 ist an der unteren Welle 4 angebracht. Weiter sind eine Induktionsheizspule 7, die den Rohstoff-Kristall 5 schmelzt, und eine Dotierdüse 9, die ein Dotiergas zu einer Schmelzzone 8 sprüht, in der der Rohstoff-Kristall 5 zur Zeit der Gasdotierung geschmolzen wird, in der Kammer 2 angeordnet.
Die Herstellungsvorrichtung 1 besitzt einen Drehmechanismus 14, der den Rohstoff-Kristall 5 und den Impfkristall 6 (sowie einen wachsen zu lassenden Silizium-Einkristall 11) dreht, und dieser Mechanismus umfasst die obere Welle 3, die untere Welle 4 und das Drehsteuermittel 15 zum Steuern der Drehung dieser Wellen.
Dabei ist dieses Drehsteuermittel 15 nicht besonders beschränkt, und es gibt zum Beispiel einen Computer, so dass ein zuvor im Computer installiertes Programm die automatische Steuerung der Drehungen der oberen Welle 3 und der unteren Welle 4 ermöglicht. Die Programmierung wird derart durchgeführt, dass zumindest eine Änderung der Drehrichtung oder der Drehzahl der oberen Welle 3 (des Rohstoff-Kristalls 5) und eine abwechselnde Änderung der Drehrichtung der unteren Welle 4 (des Silizium-Einkristalls 11) automatisch wie angeordnet durchgeführt werden kann, wenn der Silizium-Einkristall tatsächlich wachsen gelassen wird. Wenn eine solche Konfiguration eingesetzt wird, kann die Drehsteuerung leicht bei niedrigen Kosten durchgeführt werden.
Die speziellen Drehänderungsbedingungen für den Rohstoff-Kristall 5 oder den Silizium-Einkristall 11 sind nicht besonders eingeschränkt. Zum Beispiel reicht es aus, ein Programm zu installieren, so dass eine Konvektion einer flüssigen Schmelze wie gewünscht gesteuert werden kann, eine Zielwiderstandsverteilung in einer Kristallebene erhalten werden kann und jedesmal eine geeignete Drehsteuerung durchgeführt werden kann.
Insbesondere ist ein Programm bevorzugt, das die Synchronisierung einer Änderung der Drehrichtung des Silizium-Einkristalls 11 mit einer Änderung der Drehrichtung oder Drehzahl des Rohstoff-Kristalls 5 realisiert. Dadurch kann die Steuerung der radialen Widerstandsverteilung im Vergleich zu einer Situation, bei der der Silizium-Einkristall 11 und der Rohstoff-Kristall 5 einzeln und unabhängig gedreht werden, wirksamer realisiert werden kann.
Es ist zu beachten, dass die Bauteile, bei denen es sich nicht um diesen Drehmechanismus 14 handelt, nicht besonders eingeschränkt sind, und dass zum Beispiel dieselben Komponenten wie die in der herkömmlichen Konfiguration verwendet werden können.
Gemäß der Herstellungsvorrichtung 1 kann nicht nur die Drehrichtung des Silizium-Einkristalls 11 abwechselnd geändert werden, auch die Drehrichtung oder die Drehzahl des Rohstoff-Kristalls 5 kann so gesteuert werden, dass sie während des Wachstums des Silizium-Einkristalls 11 wie gewünscht geändert werden kann.
Wenn insbesondere die Herstellungsvorrichtung 1 verwendet wird, kann daher die Konvektion der ganzen flüssigen Schmelze in einer Schmelzzone auf der Grundlage einer abwechselnden Änderung der Drehrichtung des Silizium-Einkristalls 11 gesteuert werden, und die Widerstandsverteilung in der Kristallebene kann vereinheitlicht werden. Zur gleichen Zeit kann eine Konvektion der flüssigen Schmelze in der Nähe eines zentralen Abschnitts des Kristalls auf der Grundlage einer Drehsteuerung des Rohstoff-Kristalls 5 gesteuert werden, und es kann der Widerstand in der Nähe des zentralen Abschnitts des Kristalls gesteuert werden. Weiterhin kann als Ergebnis sehr wirksam verhindert werden, dass der spezifische Widerstand in der ganzen Kristallebene schwankt, und er kann vereinheitlicht werden.
Es wird nun ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter-Einkristalls gemäß der vorliegenden Erfindung, das die Herstellungsvorrichtung 1 verwendet, beschrieben.
Hier wird ein Beispiel zur Herstellung des Silizium-Einkristalls 11, wie in der 1 gezeigt, erläutert, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt, und es kann ein gewünschter Halbleiter-Einkristall hergestellt werden. Dabei ist der Durchmesser des Einkristalls nicht besonders eingeschränkt und das Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist im Hinblick auf einen Einkristall mit einem relativ großen Durchmesser von 150 mm oder mehr oder insbesondere 200 mm oder mehr besonders wirksam. Das kommt daher, dass gemäß dem herkömmlichen Verfahren die Steuerung der Widerstandsverteilung in der Kristallebene schwieriger wird, wenn ein Durchmesser auf diese Weise vergrößert wird.
Zuerst wird ein Ende des Rohstoff-Kristalls 5, der an der oberen Welle 3 angebracht ist, durch die Induktionsheizspule 7 geschmolzen und dann mit dem an der unteren Welle 4 angebrachten Impfkristall 6 schmelzverbunden. Es werden Verlagerungen durch einen Hals 10 ausgeschaltet und dieser Kristall wird nach unten bewegt, während die obere Welle 3 und die untere Welle 4 gedreht werden, um die Schmelzzone 8 relativ zum Rohstoff-Kristall 5 zu bewegen, wodurch der Silizium-Einkristall 11 wachsen gelassen wird. Zu dieser Zeit wird nach der Ausbildung des Halses ein Durchmesser des Silizium-Einkristalls 11 allmählich auf einen gewünschten Durchmesser erhöht, wodurch ein Kegelabschnitt 12 gebildet wird. Das Kristallwachstum erfolgt, während der gewünschte Durchmesser nach dem Erreichen des gewünschten Durchmessers beibehalten wird, um so einen geraden Körper 13 auszubilden.
Während des Wachstums dieses Silizium-Einkristalls 11 wird ein Dotiergas von der Dotierdüse 9 auf die Schmelzzone 8 gesprüht, um ein Dotiermittel vorzusehen. Weiter wird die Drehsteuereinrichtung 15 verwendet, um die Drehrichtung des Silizium-Einkristalls 11 (der unteren Welle 4) abwechselnd zu ändern und eine Änderung der Drehrichtung oder der Drehzahl des Rohstoff-Kristalls 5 (der oberen Welle 3) zu steuern, wodurch die Konvektion der flüssigen Schmelze in der Schmelzzone so gesteuert wird, dass ein Silizium-Einkristallstab mit einer gewünschten Widerstandsverteilung in der Kristallebene vorgesehen wird.
Wenn das Drehsteuermittel 15 verwendet wird, um ein Drehmuster des Rohstoff-Kristalls 5 oder des Silizium-Einkristalls 11 automatisch zu steuern, kann der gewünschte Silizium-Einkristall 11 produktiv erhalten werden. Zum Beispiel kann ein Programm, das den Erhalt des gewünschten Silizium-Einkristalls 11 ermöglicht, durch Durchführen einer Simulation oder eines vorläufigen Tests z.B. in einem Computer installiert werden, und mittels dieses Programms kann eine automatische Steuerung ausgeführt werden.
Es werden nun in der vorliegenden Erfindung Beispiele für das Drehmuster des Rohstoffkristalls 5 und des Silizium-Einkristalls 11 während des Wachstums des Silizium-Einkristalls 11 beschrieben. Es ist zu beachten, dass die vorliegende Erfindung nicht auf das folgende Muster beschränkt ist, und es kann jedes Verfahren eingesetzt werden, solange der Silizium-Einkristall 11 wachsen gelassen wird, während die Drehrichtung des Silizium-Einkristalls 11 (die Drehzahl desselben kann auch geändert werden) abwechselnd geändert wird und die Drehrichtung oder die Drehzahl des Rohstoff-Kristalls geändert wird.
Weiterhin wird zum Vergleich auch ein Beispiel eines Drehmusters gemäß dem herkömmlichen Verfahren erläutert.
Die 2 bis 4 zeigen Drehmuster des Herstellungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung. Außerdem zeigt die 5 ein Drehmuster gemäß dem herkömlichen Herstellungsverfahren.
Zuerst wird in der 5, die dem herkömmlichen Verfahren entspricht, der Silizium-Einkristall gedreht, während seine Drehrichtung abwechselnd geändert wird. Darüber hinaus bleibt die Drehzahl vor und nach der Änderung der Drehrichtung dieselbe. Demgegenüber hat der Rohstoff-Kristall eine feste Drehzahl in einer festgelegten Drehrichtung.
In diesem Fall ist, wenn der Silizium-Einkristall in derselben Drehrichtung wie der Rohstoff-Kristall gedreht wird und wenn der Silizium-Einkristall so umgekehrt wird, dass er sich in einer entgegengesetzten Richtung zum Rohstoff-Kristall dreht, eine Änderung der Schmelzkonvektion groß, da die Drehzahl des Rohstoff-Kristalls hoch ist. Wenn sich insbesondere der Silizium-Einkristall und der Rohstoff-Kristall in derselben Drehrichtung drehen, wird die Erzeugung einer Schmelzkonvektion in der Nähe des zentralen Abschnitts in der Kristallebene unterdrückt. Wenn die Drehrichtung des Silizium-Einkristalls umkehrt wird und die Drehrichtungen des Silizium-Einkristalls und des Rohstoff-Kristalls zueinander entgegengesetzt sind, dann gerät die Schmelzkonvektion in der Nähe des zentralen Abschnitts in der Kristallebene unter den Einfluss vor der Umkehrung und wird so geschwächt, dass sie unter ein Niveau fällt, das ursprünglich erzeugt werden sollte. Als Ergebnis kann eine ausreichende Wirkung nicht erhalten werden.
Um eine Lücke in der Schmelzkonvektion, die aufgrund dieses Unterschieds zwischen den Drehrichtungen des Silizium-Einkristalls und des Rohstoff-Kristalls erzeugt wird, zu unterdrücken und eine wirksame Schmelzkonvektion in der Nähe des zentralen Abschnitts in der Ebene zu erzeugen, wird andererseits in dem später erläuterten Drehmuster gemäß der vorliegenden Erfindung der Silizium-Einkristall hergestellt, während der Rohstoffkristall abwechselnd gedreht wird. Alternativ wird, obwohl die Drehrichtung des Rohstoff-Kristalls nicht geändert werden muss, die Drehzahl desselben geändert, um wiederholt eine Beschleunigung und Verlangsamung durchzuführen, während der Rohstoff-Kristall gedreht wird, wodurch der Silizium-Einkristall hergestellt wird.
Selbst wenn ein solches Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird, um den Silizium-Einkristall wachsen zu lassen, während die Drehrichtung des Silizium-Einkristalls abwechselnd geändert wird, kann die Schmelzkonvektion in der Nähe der Flüssig-Fest-Trennfläche in der Nachbarschaft des zentralen Abschnitts des Kristalls erzeugt werden, und ein Unterschied des Zustands, der durch die abwechselnde Umschaltung der Drehrichtung des Silizium-Einkristalls hervorgerufen wird, kann reduziert werden, wodurch die Schmelzkonvektion in der Nähe des zentralen Abschnitts in der Kristallebene stabil beibehalten wird.
In dem Beispiel der 2, die dem Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung entspricht, wird der Silizium-Einkristall 11 gedreht, während seine Drehrichtung abwechselnd geändert wird. Weiter bleibt seine Drehzahl vor und nach der Änderung der Drehrichtung gleich. Die Drehrichtung des Rohstoff-Kristalls 5 wird gleichermaßen abwechselnd geändert und seine Drehzahl bleibt vor und nach der Änderung der Drehrichtung gleich.
Es ist zu beachten, dass, wie in der 2 gezeigt, dasselbe Drehmuster, das nach einer festen Zeit wiederholt wird, als ein Zyklus bezeichnet wird und ein Zeitraum von einer Drehänderung (eine Änderung der Drehrichtung oder der Drehzahl) zur nächsten Änderung als ein Satz bezeichnet wird. Weiter erstreckt sich in der 2 ein Zyklus vom Anfang der Drehung in einer bestimmten Richtung bis zum Anhalten der Drehung in einer entgegengesetzten Richtung durch Umkehr, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Definition beschränkt und dasselbe Drehmuster, das nach einer bestimmten Zeit wiederholt wird, wie oben definiert, kann ausreichen.
Zu dieser Zeit ist es bevorzugt, die Drehung, d.h. die Drehrichtung oder die Drehzahl des Rohstoff-Kristalls 5, so zu ändern, dass sie mit einer Änderung der Drehrichtung des Silizium-Einkristalls 11 synchronisiert wird. Darüber hinaus ist es noch weiter bevorzugt, die Drehrichtung des Rohstoff-Kristalls 5 in eine Richtung zu ändern, die zur Drehrichtung des Silizium-Einkristalls 11 entgegengesetzt ist.
In der 2 wird die Drehrichtung des Rohstoff-Kristalls 5 synchron mit einer Änderung der Drehrichtung des Silizium-Einkristalls 11 mit demselben Takt in die entgegengesetzte Richtung geändert. Wenn der Silizium-Einkristall 11 und der Rohstoff-Kristall 5 synchron zueinander gedreht werden, wie in der 2 gezeigt, wird eine Wirkung zur Erzeugung der Schmelzkonvektion in der Nähe des zentralen Abschnitts in der Kristallebene verstärkt, und eine Verringerung des spezifischen Widerstands kann im Vergleich zu dem Fall, bei dem der Rohstoff-Kristall 5 und der Silizium-Einkristall 11 getrennt gedreht werden, wirksamer unterdrückt werden.
In der 3 wird ein Beispiel eines anderen Drehmusters gezeigt, das sich von dem in der 2 gezeigten unterscheidet.
In der 3 wird der Silizium-Einkristall 11 gedreht, während seine Drehrichtung abwechselnd geändert wird. Darüber hinaus bleibt die Drehzahl desselben vor und nach der Änderung der Drehrichtung gleich. Die Drehrichtung des Rohstoff-Kristalls 5 ist unveränderlich und fest, aber die Drehzahl des Rohstoff-Kristalls 5 wird zyklisch geändert.
Wie aus der 3 zu ersehen ist, bleibt hier im Hinblick auf den Silizium-Einkristall 11 die Drehzahl gleich, aber die Zeit pro Satz unterscheidet sich (eine lange Zeit in der Plus-Richtung und eine kurze Zeit in der Minus-Richtung) vor und nach der Änderung der Drehrichtung, und daher ist ein Drehbetrag des Silizium-Einkristalls 11 pro Satz abhängig von der Drehrichtung unterschiedlich.
In einem solchen Fall ist es bevorzugt, die Drehrichtung des Rohstoff-Kristalls 5 so einzustellen, dass sie mit einer Richtung mit einem großen Drehbetrag gleich ist. Zusätzlich zu dieser Einstellung ist es in einem Fall, in dem die Drehrichtung des Rohstoff-Kristalls 5 entgegengesetzt zur Drehrichtung des Silizium-Einkristalls 11 ist, bevorzugt, die Drehzahl so einzustellen, dass sie größer als die des Rohstoff-Kristalls 5 ist, wenn der Rohstoff-Kristall 5 und der Silizium-Einkristall 11 dieselbe Drehrichtung haben.
Wenn ein solches Verfahren eingesetzt wird, kann ein relativer Unterschied der Drehzahl zwischen dem Rohstoff-Kristall 5 und dem Silizium-Einkristall 11 erhöht werden, ohne dass die Drehrichtung des Rohstoff-Kristalls 5 absichtlich geändert wird, kann die Erzeugung einer Schmelzkonvektion in der Nähe des zentralen Abschnitts erleichtert werden, kann eine Reduzierung des spezifischen Widerstands verhindert und die radiale Widerstandsverteilung vereinheitlicht werden.
Weiter ist es bei einem solchen Drehmuster, wie in der 3 gezeigt, bevorzugt, die Drehung des Rohstoff-Kristalls 5 synchron zum Silizium-Einkristall 11 zu ändern.
Weiterhin gibt es auch ein Drehmuster, wie in der 4 gezeigt.
In den 2 and 3 werden die Drehrichtung und die Drehzahl des Rohstoff-Kristalls 5 im Hinblick auf eine Änderung der Drehrichtung des Silizium-Einkristalls 11 mit gleichem Takt geändert, und die Drehrichtung und die Drehzahl des Rohstoff-Kristalls 5 werden mit einer Änderung der Drehrichtung des Silizium-Einkristalls 11 synchronisiert. Andererseits wird in der 4 die Änderung nicht mit gleichem Takt durchgeführt, sondern es wird eine Zeitverzögerung vorgesehen, um die Drehung zu ändern, während die Zeit pro Satz oder pro Zyklus in demselben Zustand beibehalten wird, wodurch die Drehrichtung und die Drehzahl des Rohstoff-Kristalls 5 zusätzlich zur Änderung der Drehrichtung des Silizium-Einkristalls 11 geändert wird.
Außerdem beträgt ein axiale Abstand vom Rohstoff-Kristall 5 zur Fest-Flüssig-Trennfläche des Kristalls mehrere zehn mm, und ein Einfluss der Drehung der oberen Welle auf einen Abschnitt in der Nähe der Fest-Flüssig-Trennfläche wird verringert, wenn die Drehung des Silizium-Einkristalls 11 vollständig mit der Drehung des Rohstoff-Kristalls 5 synchronisiert ist. Wenn daher eine Zeitverzögerung absichtlich für die Änderung der Drehung des Silizium-Einkristalls 11 und die Änderung der Drehung des Rohstoff-Kristalls 5 vorgesehen wird, d.h. wenn ein solches Drehmuster wie in der 4 gezeigt eingesetzt wird, kann leicht ein Einfluss auf die Schmelzkonvektion entstehen.
Darüber hinaus kann die Drehrichtung oder die Drehzahl des Rohstoff-Kristalls 5 ganz unabhängig vom Drehmuster des Silizium-Einkristalls 11 geändert werden, ohne dass das Verfahren des Synchronisierens des Drehmusters des Rohstoff-Kristalls 5 mit dem Drehmuster des Silizium-Einkristalls 11 eingesetzt wird oder die Periodizität vorgesehen wird, wie insbesondere in den 2 bis 4 gezeigt.
Bei den oben beschriebenen Drehmustern des Silizium-Einkristalls 11 und des Rohstoff-Kristalls 5 der vorliegenden Erfindung kann das Verfahren zum Drehen des Rohstoff-Kristalls 5 besonders den Widerstand in der Nähe des zentralen Abschnitts in der Ebene des Silizium-Einkristalls 11 anpassen, und die Drehung des Silizium-Einkristalls 11 ermöglicht unter abwechselnder Änderung seiner Drehrichtung die Steuerung der grundlegenden radialen Widerstandsverteilung. Weiter kann bezogen auf die Steuerung der Drehung von beiden Elementen die Widerstandsverteilung in der ganzen Kristallebene gesteuert werden und eine Schwankung des spezifischen Widerstands kann unterdrückt werden und so eine Vereinheitlichung erreicht werden.
Da nicht nur die Drehrichtung des Silizium-Einkristalls 11 sondern auch die Drehrichtung oder die Drehzahl des Rohstoff-Kristalls 5 geändert wird, um die Widerstandsverteilung in der Kristallebene zu steuern, kann die Steuerung im Vergleich zu dem Fall, in dem nur die Drehung des Silizium-Einkristalls 11 angepasst wird, um die Steuerung auszuführen, ohne Last durchgeführt werden, wodurch der Kristall stabil und leicht wachsen gelassen wird.
In der Zwischenzeit wird eine Wirkung zur Erzeugung einer Schmelzkonvektion größer, da ein relativer Unterschied der Drehzahl zwischen dem Rohstoff-Kristall 5 und dem Silizium-Einkristall 11 steigt, und der spezifische Widerstand in der Nähe des zentralen Abschnitts in der Ebene kann erhöht werden, aber das Verfahren zum Drehen des Rohstoff-Kristalls 5 gemäß der vorliegenden Erfindung kann unter allen Herstellungsbedingungen für den Silizium-Einkristall 11 angewendet werden. Daher können im Hinblick auf die Widerstandsverteilung in der Kristallebene, die unter den ursprünglichen Herstellungsbedingungen für den Silizium-Einkristall 11 (d.h. weder die Drehrichtung noch die Drehzahl des Rohstoff-Kristalls 5 wird während des Wachstums des Silizium-Einkristalls 11 geändert) erlangt werden kann, und eine Qualitäts- oder eine Kundenangabe, die für den Silizium-Einkristall 11 erforderlich ist, die Drehrichtung und die Drehzahl des Rohstoff-Kristalls 5 angemessen angepasst werden.
Weiterhin ist es aus praktischen Zwecken bevorzugt, die Drehrichtung des Rohstoff-Kristalls 5 zyklisch zu ändern, und eine bleibende Drehung mit einer festen Drehzahl in einem Satz zu bewirken, wie am Beispiel des in der 2 gezeigten Drehmusters veranschaulicht. In diesem Fall ist es bevorzugt, dass der Drehbetrag des Rohstoff-Kristalls 5 in einer Richtung pro Satz eine Drehung oder weniger ist, und es ist besonders bevorzugt, das Verhältnis zwischen den Drehbeträgen (ein Positiv/Negativ-Drehverhältnis = ein Drehbetrag in einer Drehbetrag-Negativrichtung/ein Drehbetrag in einer Drehbetrag/Positivrichtung) auf 0,8 oder weniger einzustellen, wenn eine Richtung, entlang der ein Drehbetrag des Rohstoff-Kristalls 5 groß ist, als Drehbetrag-Positivrichtung bestimmt wird, und eine Richtung, entlang der ein Drehbetrag des Rohstoff-Kristalls 5 gering ist, als Drehbetrag-Negativrichtung bestimmt wird (die „Drehbetrag-Positivrichtung“ und die „Drehbetrag-Negativrichtung“ werden, wie oben definiert, in der folgenden Beschreibung verwendet).
Andererseits ist es natürlich bevorzugt, nicht nur den Qualitätsaspekt sondern auch die Produktivität bei der Kristallherstellung zu berücksichtigen. Das bedeutet, dass das Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter-Einkristalls gemäß der vorliegenden Erfindung die Kristallherstellungsbedingungen des herkömmlichen Herstellungsverfahrens mit Ausnahme der Drehbedingungen für den Rohstoff-Kristall 5 nicht modifiziert, und daher Elemente, die die Kristallherstellung im Hinblick auf das Kristallwachstum behindern, nicht geändert werden. In Anbetracht der Möglichkeit, dass Elemente, die die Kristallherstellung schwierig machen, aufgrund einer Änderung der Drehbedingungen für den Rohstoff-Kristall 5 aktualisiert werden, ist die Vermeidung eines übermäßigen Anstiegs der Drehzahl des Rohstoff-Kristalls 5 bevorzugt.
Wenn zum Beispiel die Drehgeschwindigkeit des Rohstoff-Kristalls 5 zu hoch ist, hat der schmelzende Rohstoff die Tendenz, an einigen Stellen einen ungleichmäßigen Zustand anzunehmen, wird eine geschmolzene Rohstoffoberfläche in einer axialen Wachstumsrichtung unregelmäßig und neigt ein Teil des Rohstoffs dazu, als ungeschmolzener Vorsprung ausgebildet zu werden (dieser Vorsprung wird als „Ausbuchtung“ bezeichnet). Wenn die Ausbildung der Ausbuchtung beträchtlich ist, kann möglicherweise ein Kontakt/Abfluss im Hinblick auf die Induktionsheizspule auftreten, was nicht bevorzugt ist.
Um eine solche Situation wirksam zu vermeiden, ist es bevorzugt, die Drehzahl des Rohstoff-Kristalls 5 so zu unterdrücken, dass sie kleiner als zumindest die Drehzahl des Silizium-Einkristalls 11 ist, und das Einstellen der Drehzahl des Rohstoff-Kristalls 5 auf 5 UpM oder weniger ist besonders bevorzugt, wenn eine weitere Stabilität der Kristallherstellung erwartet wird.
Wie oben erörtert, wird während des Wachstums des Silizium-Einkristalls 11 die Drehrichtung des Silizium-Einkristalls 11 abwechselnd geändert, die Drehrichtung oder die Drehzahl des Rohstoff-Kristalls geändert und die Schmelzzone 8 zu einem oberen Ende des Rohstoff-Kristalls 5 verlagert, wodurch die Herstellung des Silizium-Einkristalls 11 beendet wird.
BEISPIEL
Die vorliegende Erfindung wird nun spezieller in Verbindung mit Beispielen und einem Vergleichsbeispiel beschrieben, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt.
(Beispiel 1)
Die FZ-Einkristall-Herstellungsvorrichtung 1 die in der 1 gezeigt ist, wurde verwendet, um einen Silizium-Einkristall-Wafer mit einer Widerstandsverteilung herzustellen, die in einer Ebene in der radialen Richtung bezogen auf das Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter-Einkristalls gemäß der vorliegenden Erfindung einheitlich verläuft. Es wurde ein FZ-Silizium-Einkristall mit einem Kristalldurchmesser von 150 mm hergestellt, während eine Drehrichtung mit 15 UpM als Drehzahl eines Kristalls abwechselnd geändert wurde. Zu dieser Zeit wurde das Verfahren zum Drehen eines Rohstoff-Kristalls gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet, und der Rohstoffkristall wurde mit 2 UpM als Drehzahl gedreht, während seine Drehrichtung unabhängig von der Drehung eines Silizium-Einkristalls abwechselnd geändert wurde. Als Drehmuster des Rohstoff-Kristalls zu dem Zeitpunkt wurde der Rohstoffkristall einer 0,5 Drehung in einer Drehbetrag-Positivrichtung und einer 0,4 Drehung in einer Drehbetrag-Negativrichtung pro Satz unterworfen.
Aus dem so hergestellten Silizium-Einkristall wurden 25 Wafer erhalten, und ein spezifischer Widerstand wurde in einer Durchmesserrichtung in einer Ebene von jedem Wafer gemessen.
Die 6 zeigt eine radiale Widerstandsverteilung eines Wafers, die den zu dieser Zeit hergestellten Kristall repräsentiert.
In jedem der Diagramme, die eine radiale Widerstandsverteilung eines Wafers in der 6 und den später erläuterten 7 bis 10 zeigen, wird eine Verteilung in Form einer Widerstandsabweichung an jedem Punkt von einem durchschnittlichen radialen spezifischen Widerstand dargestellt.
Weiter wird definiert, dass RRG = ((ein maximaler Widerstandswert in der Waferstelle - einem minimalen Widerstandswert in der Waferebene) / (den minimalen spezifischen Widerstandswert in der Waferebene)) x 100. Wenn ein Wert dieses RRG groß ist, ist die Schwankung des spezifischen Widerstands in der Ebene in der radialen Richtung groß.
Der RRG-Wert im Beispiel 1 betrug 11,7 %. Weiter war eine Abweichung des maximalen Widerstandsabschnitts in der Ebene von einem Durchschnittswert 5,9 % und eine Abweichung des minimalen Widerstandsabschnitts vom Durchschnittswert war -5,2 %. Da der spezifische Widerstand bei einem zentralen Abschnitt in der Ebene ohne Abfallen anstieg, hatte die radiale Widerstandsverteilung eine W-Form.
In Anbetracht von Wafervariationen wurde die radiale Widerstandsverteilung, die eine Widerstandstoleranz von + 12 % als Produkt erfüllen kann, erhalten.
(Beispiel 2)
Ein Einkristall wurde durch das Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung unter denselben Bedingungen wie im Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dss die Drehbedingungen für den Rohstoff-Kristall geändert wurden. Als Drehbedingungen für den Rohstoff-Kristall, die zu dieser Zeit angewendet wurden, wurde der Rohstoff-Kristall mit einer Drehzahl von 1 UpM gedreht, während seine Drehrichtung mit gleichem Takt abwechselnd derart geändert wurde, dass sie mit der Drehung des Silizium-Einkristalls synchron war. Als Drehmuster des Rohstoff-Kristalls zu dieser Zeit wurde der Rohstoff-Kristall konstant in einer entgegengesetzten Richtung zur Drehrichtung des Silizium-Einkristalls gedreht, und der Drehbetrag war 0,2 Drehung in einer Drehbetrag-Positivrichtung und 0,018 Drehung in einer Drehbetrag-Negativrichtung pro Satz. Das bedeutet, dass solche Drehmuster des Silizium-Einkristalls und des Rohstoff-Kristalls wie in der 2 gezeigt zur Verfügung gestellt wurden.
Ein Widerstand entlang einer Durchmesserrichtung in einer Ebene in dem zu dieser Zeit hergestellten Kristall wurde durch dasselbe Verfahren wie im Beispiel 1 gemessen.
Die 7 zeigt eine radiale Widerstandsverteilung eines Wafers, die den zu dieser Zeit hergestellten Kristall repräsentiert.
Ein RRG-Wert im Beispiel 2 betrug 10,1 %. Eine Abweichung eines maximalen Widerstandsabschnitts in der Ebene von einem Durchschnittswert betrug 5,0 % und eine Abweichung eines minimalen Widerstandsabschnitts von dem Durchschnittswert war -4,6 %. Bei einem erhöhten spezifischen Widerstand eines zentralen Abschnitts in der Ebene wurde die radiale Widerstandsverteilungsform, die einen Abfall ausschalten kann, erhalten.
In Anbetracht der Variationen des Wafer wurde die radiale Widerstandsverteilung, die eine Widerstandstoleranz von + 10 % als Produkt erfüllen kann, erhalten.
(Beispiel 3)
Ein Einkristall wurde durch das Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung unter denselben Bedingungen wie im Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Drehbedingungen für den Rohstoff-Kristall geändert wurden. Als Drehbedingungen für den zu dieser Zeit verwendeten Rohstoff-Kristall wurde die Drehzahl des Rohstoff-Kristalls mit gleichem Takt derart geändert, dass sie mit einer Änderung der Drehrichtung eines Silizium-Einkristalls synchron war, während sich der Rohstoff-Kristall in einer Richtung drehte. Als Drehmuster des Rohstoff-Kristalls zu dieser Zeit war die Drehzahl 0,5 UpM und ein Drehbetrag war 0,2 Drehung, wenn der Rohstoff-Kristall und der Silizium-Einkristall dieselbe Drehrichtung hatten, und die Drehzahl betrug 5 UpM und der Drehbetrag war 0,018 Drehung, wenn der Rohstoff-Kristall und der Silizium-Einkristall zueinander entgegengesetzte Drehrichtungen aufwiesen. Das bedeutet, dass Drehmuster des Silizium-Einkristalls und des Rohstoff-Kristalls wie in der 3 gezeigt zur Verfügung gestellt wurden.
Ein spezifischer Widerstand entlang einer Durchmesserrichtung in einer Ebene in dem zu dieser Zeit hergestellten Kristall wurde mit demselben Verfahren wie im Beispiel 1 gemessen.
Die 8 zeigt eine radiale Widerstandsverteilung eines Wafers, die den zu dieser Zeit hergestellten Kristall repräsentiert.
Im Beispiel 3 betrug ein RRG-Wert 12,1 %. Eine Abweichung eines maximalen Widerstandsabschnitts in der Ebene von einem Durchschnittswert war 5,4 %, und eine Abweichung eines minimalen Widerstandsabschnitts vom Durchschnittswert war -6,0 %. Der spezifische Widerstand des zentralen Abschnitts in der Ebene war in einem relativ engen Bereich erhöht, und die radiale Widerstandsverteilung hatte eine W-Form.
In Anbetracht der Variationen des Wafers wurde die radiale Widerstandsverteilung, die eine Widerstandstoleranz von ± 12 % als Produkt erfüllen kann, erhalten.
(Beispiel 4)
Ein Einkristall wurde durch das Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung unter denselben Bedingungen wie im Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Drehbedingungen für den Rohstoff-Kristall geändert wurden. Als Drehbedingungen für den zu dieser Zeit verwendeten Rohstoff-Kristall wurde der Rohstoff-Kristall mit einer Drehzahl von 1 UpM gedreht, während seine Drehrichtung abwechselnd geändert wurde, um so die Periodizität mit der Drehung des Silizium-Einkristalls synchron zu halten und die Drehrichtung des Rohstoff-Kristalls nach 1,5 Sekunden von der Änderung der Drehrichtung eines Silizium-Einkristalls zu ändern. Als Drehmuster des Rohstoff-Kristalls zu dieser Zeit wurde der Rohstoff-Kristall in einer entgegengesetzten Richtung zur Drehrichtung des Silizium-Einkristalls mit einer Zeitverzögerung gedreht, und ein Drehbetrag war 0,2 Drehung in der Drehbetrag-Positivrichtung und 0,018 Drehung in der Drehbetrag-Negativrichtung. Das bedeutet, dass solche Drehmuster des Silizium-Einkristalls und des Rohstoff-Kristalls wie in der 4 gezeigt zur Verfügung gestellt wurden. Ein spezifischer Widerstand entlang einer Durchmesserrichtung in einer Ebene in dem zu dieser Zeit hergestellten Kristall wurde mit demselben Verfahren wie im Beispiel 1 gemessen.
Die 9 zeigt eine radiale Widerstandsverteilung, die den zu dieser Zeit hergestellten Kristall repräsentiert.
Im Beispiel 4 war ein RRG-Wert 9,7 %. Eine Abweichung eines maximalen Widerstandsabschnitts in der Ebene von einem Durchschnittswert betrug 5,0 %, und eine Abweichung eines minimalen Widerstandsabschnitts vom Durchschnittswert war -4,3 %. Der spezifische Widerstand in einem zentralen Abschnitt war in der Ebene war erhöht, und eine radiale Widerstandsverteilungsform, die einen Abfall ausschalten kann, wurde zur Verfügung gestellt.
In Anbetracht der Variationen der Wafer wurde die radiale Widerstandsverteilung, die eine Widerstandstoleranz von + 10 % als Produkt erfüllen kann, erhalten.
(Vergleichsbeispiel 1)
Es wurde eine herkömmliche FZ-Einkristall-Herstellungsvorrichtung 101, wie in der 11 gezeigt, verwendet, um einen Silzium-Einkristall-Wafer mit einer gleichförmigen Widerstandsverteilung entlang einer radialen Richtung in einer Ebene durch das herkömmliche Verfahren herzustellen.
Ein FZ-Silizium-Einkristall mit einem Kristalldurchmesser von 150 mm wurde hergestellt, während eine Drehrichtung mit einer Kristalldrehzahl von 15 UpM abwechselnd geändert wurde. Zu dieser Zeit wurde ein Rohstoff-Kristall in einer festen Richtung mit 0,5 UpM gedreht.
Ein Widerstand entlang einer Durchmesserrichtung in der Ebene in dem zu dieser Zeit hergestellten Kristall wurde mit demselben Verfahren wie im Beispiel 1 gemessen.
Die 10 zeigt eine radiale Widerstandsverteilung eines Wafers, die den zu dieser Zeit hergestellten Kristall repräsentiert.
Ein RRG-Wert im Vergleichsbeispiel 1 betrug 15,5 %. Eine Abweichung eines maximalen Widerstandssabschnitts in der Ebene von einem Durchschnittswert war 6,4 %, und eine Abweichung eines minimalen Widerstandsabschnitts vom Durchschnittswert war -7,9 %. Der spezifische Widerstand war von einem peripheren Abschnitt zu einem zentralen Abschnitt in der Ebene verringert, und die radiale Widerstandsverteilung hatte eine V-Form.
In Anbetracht der Variationen in den Wafern wurde die radiale Widerstandsverteilung, die eine Widerstandsstoleranz von + 15 % als Produkt erfüllen kann, erhalten.
Wenn wie oben erläutert die nicht erfindungsgemäße Vorrichtung und das Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter-Einkristalls gemäß der vorliegenden Erfindung wie im Beispiel 1 bis 4 verwendet wurden, kann insbesondere die Widerstandsverteilung des zentralen Abschnitts in der Ebene gesteuert werden, kann ein Abfall des spezifischen Widerstands eines Abschnitts in der Nähe des zentralen Abschnitts in der Ebene, der auftritt, wenn die herkömmliche Einrichtung und das Verfahren wie im Vergleichsbeispiel 1 verwendet werden, ausgeschaltet werden und kann eine Schwankung des spezifischen Widerstands in der Ebene so eingestellt werden, dass sie in einen engen Bereich fällt, wodurch eine Vereinheitlichung im Vergleich zum herkömmlichen Beispiel vorgesehen wird. Das Kristallwachstum erfolgt leicht und stabil.
Es ist zu beachten, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehende Ausführungsform beschränkt ist. Die vorstehende Ausführungsform ist nur eine Veranschaulichung und die Beispiele, die weitgehend die gleiche Konfiguration haben und dieselben Funktionen und Wirkungen wie das technische, in den Ansprüchen der vorliegenden Erfindung beschriebene Konzept aufweisen, sind im technischen Umfang der vorliegenden Erfindung enthalten.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter-Einkristalls auf der Grundlage eines FZ-Verfahrens, umfassend: teilweises Erwärmen und Schmelzen eines Rohstoff-Kristalls zur Ausbildung einer Schmelzzone unter Drehung des Rohstoff-Kristalls mittels einer Induktionsheizspule; und Bewegen der Schmelzzone von einem Endabschnitt zum anderen Endabschnitt des Rohstoff-Kristalls, um einen Halbleiter-Einkristall unter Drehung des Halbleiter-Einkristalls wachsen zu lassen, wobei, eine Drehrichtung des Halbleiter-Einkristalls abwechselnd geändert wird und eine Drehrichtung oder eine Drehrichtung und die Drehzahl des Rohstoff-Kristalls während des Wachstums des Halbleiter-Einkristalls geändert wird, um so den Halbleiter-Einkristall wachsen zu lassen, wobei die Drehrichtung des Rohstoff-Kristalls in eine entgegengesetzte Richtung zur Drehrichtung des Halbleiter-Einkristalls geändert wird.
Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter-Einkristalls nach Anspruch 1, wobei die Drehrichtung oder die Drehrichtung und die Drehzahl des Rohstoff-Kristalls synchron mit der Änderung der Drehrichtung des Halbleiter-Einkristalls geändert wird.
Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter-Einkristalls auf der Grundlage eines FZ-Verfahrens, umfassend: teilweises Erwärmen und Schmelzen eines Rohstoff-Kristalls zur Ausbildung einer Schmelzzone unter Drehung des Rohstoff-Kristalls mittels einer Induktionsheizspule; und Bewegen der Schmelzzone von einem Endabschnitt zum anderen Endabschnitt des Rohstoff-Kristalls, um einen Halbleiter-Einkristall unter Drehung des Halbleiter-Einkristalls wachsen zu lassen, wobei, eine Drehrichtung des Halbleiter-Einkristalls abwechselnd geändert wird und eine Drehzahl des Rohstoff-Kristalls während des Wachstums des Halbleiter-Einkristalls geändert wird, um so den Halbleiter-Einkristall wachsen zu lassen, wobei die Drehrichtung des Rohstoff-Kristalls zur Drehrichtung mit einem größeren Drehbetrag des Halbleiter-Einkristalls festgesetzt wird.
Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter-Einkristalls nach Anspruch 3, wobei die Drehzahl des Rohstoff-Kristalls synchron mit der Änderung der Drehrichtung des Halbleiter-Einkristalls geändert wird.
Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter-Einkristalls nach Anspruch 3 oder 4, wobei in dem Fall, in dem die Drehrichtungen des Rohstoff-Kristalls und Halbleiter-Einkristalls zueinander entgegengesetzt sind, die Drehzahl des Rohstoff-Kristalls so eingestellt wird, dass sie größer als die Drehzahl des Rohstoffs ist, wenn der Rohstoff-Kristall und der Halbleiter-Einkristall dieselbe Drehrichtung aufweisen.
Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter-Einkristalls nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Drehzahl des Rohstoff-Kristalls so eingestellt wird, dass sie gleich oder kleiner als die Drehzahl des Halbleiter-Einkristalls ist.
Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter-Einkristalls nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei ein Durchmesser des herzustellenden Halbleiter-Einkristalls auf 150 mm oder mehr eingestellt wird.