DE102011122381B4

DE102011122381B4 - Verfahren zur Herstellung eines Einkristalls

Info

Publication number: DE102011122381B4
Application number: DE102011122381.2A
Authority: DE
Inventors: Yoshihiro Kodama; Kenichi Sato; Keiichi Nakazawa
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 2010-12-28
Filing date: 2011-12-22
Publication date: 2020-01-16
Anticipated expiration: 2031-12-23
Also published as: DE102011122381A1; JP5375889B2; JP2012148953A

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Einkristalls mittels des FZ-Verfahrens, umfassend das teilweise Erwärmen und Schmelzen eines Rohstoffkristalls zur Bildung einer Schmelzzone mittels einer Induktionsheizspule und das Verlagern der Schmelzzone zum Züchten des Einkristalls während der Änderung der Drehrichtung des Einkristalls während des Züchtens abwechselnd zwischen der Vorwärtsrichtung und Rückwärtsrichtung, wobeisowohl während des Züchtens eines konusförmigen Abschnitts des Einkristalls als auch während des Züchtens eines geraden Körperabschnitts des Einkristalls die Drehzeit bei der Wechseldrehung des Einkristalls gemäß der Drehgeschwindigkeit des Einkristalls derart eingestellt wird, dass jeder Drehbetrag in der Vorwärts- und Rückwärtsrichtung jeweils ein vorbestimmter Betrag von nicht weniger als einer Drehung wird,wobei das Änderungsverhältnis der Drehgeschwindigkeit zwischen einer Zeit, während der sich die Drehung bei einer konstanten Geschwindigkeit in einer der Richtungen zur Drehung bei konstanter Geschwindigkeit in der anderen Richtung ändert, im Bereich von 10 bis 20 UpM/s bei der Wechseldrehung liegt, undwobei die Wechseldrehung während des Züchtens des konusförmigen Abschnitts bei unterschiedlicher Drehgeschwindigkeit zu der während des Züchtens des geraden Körperabschnitts durchgeführt wird.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Einkristalls mittels des FZ-Verfahrens (des Fließzonenverfahrens oder des Zonenschmelzverfahrens), bei dem ein Rohstoffkristall erwärmt und geschmolzen wird, so dass mittels einer Induktionsheizspule eine Fließzone gebildet und die Fließzone verlagert wird, um den Einkristall zu züchten, und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines Einkristalls mittels des FZ-Verfahrens, bei dem die Fließzone zur Herstellung des Einkristalls verlagert wird und die Drehrichtung des Einkristalls während des Züchtens abwechselnd geändert wird, um den Einkristall zu züchten.
Beschreibung des Standes der Technik
5 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel für eine herkömmliche Einkristallherstellungsvorrichtung mittels des FZ-Verfahrens zeigt. Ein Verfahren zur Herstellung eines Einkristalls mittels dieser Einkristallherstellungsvorrichtung 30 wird nachfolgend erläutert.
Zuerst wird ein Rohstoffkristallblock 1 mit einer oberen Halteeinrichtung 4 einer oberen Welle 3 gehalten, die in einer Kammer 20 vorgesehen ist. Demgegenüber wird ein Impfkristall 8 mit einer unteren Halteeinrichtung 6 einer unteren Welle 5 gehalten, die unterhalb des Rohstoffkristallblocks 1 angeordnet ist.
Als nächstes wird der Rohstoffkristallblock 1 mittels einer Induktionsheizspule 7 geschmolzen und mit dem Impfkristall 8 schmelzverbunden. Ein Halsabschnitt 9 wird anschließend durch eine Einschnürung ausgebildet, um Versetzungen auszuschalten. Der Rohstoffkristallblock 1 und ein Einkristallblock 2 werden nach unten verfahren, während die obere Welle 3 und die untere Welle 5 gedreht werden, so dass der Kristalldurchmesser langsam vergrößert wird, um einen konusförmigen Abschnitt 2a unter Bildung einer Fließzone (auch als Schmelzzone oder Schmelze bezeichnet) 10 zwischen dem Rohstoffkristallblock 1 und dem zu züchtenden Einkristallblock 2 zu bilden.
Zu Beginn des Züchtens des konusförmigen Abschnitts wird dessen Gewicht nur vom Halsabschnitt 9 getragen. Wenn der Durchmesser groß wird und das Gewicht dadurch zunimmt, kann der Halsabschnitt 9 die Tragefunktion nicht allein übernehmen, weil der Halsabschnitt 9 gegenüber einer horizontalen Kraft schwach ist. Im Hinblick darauf wird, wenn ein Einkristall mit einem großen Gewicht hergestellt wird, im mittleren Züchtverlauf des konusförmigen Abschnitts eine in 6 gezeigte Kristallhaltevorrichtung verwendet (siehe W. Keller und A. Muhlbauer: Floating-Zone Silicon, Dekker (1981)). 6 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel für eine herkömmliche Kristallhaltevorrichtung zeigt.
Nachdem ein gewünschter Durchmesser erreicht ist, wird ein gerader Körperabschnitt 2b unter Beibehaltung des gewünschten Durchmessers gebildet, und die Fließzone 10 wird zu einem oberen Ende des Rohstoffkristallblocks 1 verlagert, um eine Zonierung durchzuführen. Es ist zu beachten, dass der Einkristall unter einer Atmosphäre eines Mischgases aus einem Ar-Gas und einer geringen Menge an Stickstoffgas gezüchtet wird. Wenn ein FZ-Einkristall vom n-Typ hergestellt wird, wird ein PH₃-Gas auf der Grundlage von Ar in entsprechender Menge für die Widerstandsfähigkeit des herzustellenden Kristalls von einer Dotierdüse 11 eingeführt. Wenn ein FZ-Einkristall vom p-Typ hergestellt wird, wird ein B₂H₆-Gas auf der Grundlage von Ar in entsprechender Menge für die Widerstandsfähigkeit des herzustellenden Kristalls von der Dotierdüse 11 eingeführt.
Eine Einfachwicklungs- oder Verbundwicklungs-Induktionsheizspule aus Kupfer oder Silber, bei der Kühlwasser zirkulieren gelassen wird, wird als Induktionsheizspule 7 verwendet. Zum Beispiel ist die in 7 gezeigte Spule bekannt (nicht geprüfte japanische Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. JP H07-315980 A ). 7 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel für eine herkömmliche Induktionsheizspule zeigt.
Diese Induktionsheizspule 16 wird zu einer Ringform mit einem Schlitz 12 ausgebildet und ihr Querschnitt wird in eine Form gebracht, die von einer äußeren Umfangsfläche 15 zu einer inneren Umfangsfläche 14 konisch zuläuft.
Die Stromversorgungsanschlüsse 13a und 13b sind auf der äußeren Umfangsfläche 15 der Induktionsheizspule vorgesehen. Einander zugewandte Schlitzflächen 12a und 12b der Seite der beiden Anschlüsse 13a und 13b werden durch den Schlitz 12 so weit wie möglich einander angenähert.
Die Heizleistung der Spule in einer Umfangsrichtung ist im Schlitzabschnitt einer inneren Umfangsseite der Spule niedriger als bei den anderen Abschnitten und ist im Schlitzabschnitt der Stromversorgungsanschlüsse/des Außenumfangs höher als bei den anderen Abschnitten, und zwar aufgrund des Bestehens der Stromversorgungsanschlüsse und des Schlitzes. Die Leistung weist daher eine Asymmetrie auf.
Um eine Änderung der Waferwiderstandsfähigkeit zu verringern, wird hier ein Verfahren verwendet, bei dem eine sich drehende Achse des Rohstoffs mit der des Einkristalls außer Fluchtung gebracht wird (als Exzentrizität bezeichnet), um eine Bewegung der Schmelze asymmetrisch erfolgen zu lassen, und die Drehrichtung des Einkristalls abwechselnd zwischen einer Vorwärtsrichtung und einer Rückwärtsrichtung (nachfolgend als Wechseldrehung bezeichnet) geändert wird (siehe japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung (Kokai) No. JP H07-315980 A und ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung (Kokai) JP 2008-266102 A ).
Verfahren zur Herstellung von Einkristallen unter wechselnder Drehrichtung sind aus DE 101 37 857 A1 bekannt. Es ist wünschenswert, die Wechseldrehung mit einer Drehgeschwindigkeit von 10UpM oder mehr durchzuführen. Da die Kristallhaltevorrichtung nicht zu Beginn des Züchtens des konusförmigen Abschnitts verwendet werden kann, wird die Wechseldrehung nicht durchgeführt, und daher ist es notwendig, diese in einer Richtung mit niedriger Geschwindigkeit zu drehen.
Der Einkristall wird demgemäß fest mit der Kristallhaltevorrichtung während des Züchtens des konusförmigen Abschnitts gehalten, und die Drehgeschwindigkeit des Einkristalls wird danach von einer niedrigen Geschwindigkeit auf 10 UpM oder mehr erhöht, um eine gewünschte konstante Geschwindigkeit zu erhalten (nachfolgend als Enddrehgeschwindigkeit bezeichnet), während die Art des Drehens von der Drehung in einer Richtung zur Wechseldrehung geändert wird.
Wenn die Drehgeschwindigkeit danach die Enddrehgeschwindigkeit, wie beispielsweise 20 UpM, erreicht, wird die Wechseldrehung mit einem vorbestimmten Zyklus in einem in 4 gezeigten Muster wiederholt, um den Einkristall zu züchten und herzustellen. 4 ist eine Ansicht, die ein Beispiel für das Muster der Drehgeschwindigkeit des Einkristalls im Hinblick auf die Zeit bei einem herkömmlichen Verfahren zeigt. Bei diesem Muster beträgt die Enddrehgeschwindigkeit 20 UpM, die Drehung in der Vorwärtsrichtung dauert 6 Sekunden und die Drehung in der Rückwärtsrichtung dauert 3,6 Sekunden, wobei die Drehung in der Vorwärtsrichtung und die Drehung in der Rückwärtsrichtung periodisch wiederholt werden.
Andererseits wird der Einkristall, wenn er mit einer hohen Geschwindigkeit von 10 UpM oder mehr bei Drehung in einer Richtung vor dem Beginn der Wechseldrehung während des Züchtens des konusförmigen Abschnitts gedreht wird, aufgrund der Ungleichförmigkeit der Induktionszeitspule durch den Schlitz und einer Zentrifugalkraft durch die Drehung bei hoher Geschwindigkeit lokal nicht gleichförmig gezüchtet. Die Verschlechterung der Kristallform, wie beispielsweise eine Verdrehung oder ein konvexer Abschnitt, wird dadurch beträchtlich, und dies bewirkt die Erzeugung von Versetzungen und einer Betriebsstörung aufgrund eines Abfallens der Schmelze. Die Wechseldrehung muss daher von der Drehung mit niedriger Geschwindigkeit geändert werden.
Zum Beispiel sind die Endbedingungen der Wechseldrehung zum Züchten des geraden Körperabschnitts wie folgt. Die Drehgeschwindigkeit (die Enddrehgeschwindigkeit) beträgt 20 UpM. Der Drehbetrag in Vorwärtsrichtung beträgt 2,0 Drehungen. Der Drehbetrag in Rückwärtsrichtung beträgt 1,2 Drehungen. Die Zeit (nachfolgend als Änderungsdauer bezeichnet), während der sich die Drehung mit konstanter Geschwindigkeit in der Vorwärtsrichtung oder der Rückwärtsrichtung zur Drehung mit konstanter Geschwindigkeit in der anderen Richtung ändert, ist 1,6 Sekunden. In diesem Fall, in dem der Drehzyklus (die Drehzeit) während des Züchtens des konusförmigen Abschnitts derselbe konstante Wert wie der der Endbedingungen für den geraden Körperabschnitt ist und die Drehart zur Wechseldrehung mit einer Drehgeschwindigkeit von 7 UpM geändert wird, beläuft sich der Drehbetrag auf 0,7 Drehungen in der Vorwärtsrichtung und 0,42 Drehungen in der Rückwärtsrichtung.
Wie zuvor beschrieben entsteht, wenn der Betrag der Drehung des Einkristalls eine Drehung oder weniger wird, das Problem, dass die Kristallform während des Züchtens des konusförmigen Abschnitts deutlich verschlechtert wird, weil er leicht durch die Ungleichförmigkeit der Induktionsheizspule beeinflusst wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Einkristalls stabil vorzusehen, bei dem die Verschlechterung der Kristallform, die in dem Fall hervorgerufen wird, in dem der Drehbetrag des Einkristalls weniger als eine Drehung ist und die Drehrichtung geändert wird, während der Wechseldrehung des Einkristalls bei der Herstellung des Einkristalls mittels des FZ-Verfahrens verringert werden kann.
Um die obige Aufgabe zu erzielen, sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Einkristalls mittels des FZ-Verfahrens vor, umfassend das teilweise Erwärmen und Schmelzen eines Rohstoffkristalls zur Bildung einer Schmelzzone mittels einer Induktionsheizspule und das Verlagern der Schmelzzone zum Züchten des Einkristalls während der Änderung der Drehrichtung des Einkristalls während des Züchtens abwechselnd zwischen der Vorwärtsrichtung und Rückwärtsrichtung, wobei sowohl während des Züchtens eines konusförmigen Abschnitts des Einkristalls als auch während des Züchtens eines geraden Körperabschnitts des Einkristalls die Drehzeit bei der Wechseldrehung des Einkristalls gemäß der Drehgeschwindigkeit des Einkristalls derart eingestellt wird, dass jeder Drehbetrag in der Vorwärts- und Rückwärtsrichtung jeweils ein vorbestimmter Betrag von nicht weniger als einer Drehung wird, wobei das Änderungsverhältnis der Drehgeschwindigkeit zwischen einer Zeit, während der sich die Drehung bei einer konstanten Geschwindigkeit in einer der Richtungen zur Drehung bei konstanter Geschwindigkeit in der anderen Richtung ändert, im Bereich von 10 bis 20 UpM/s bei der Wechseldrehung liegt, und wobei die Wechseldrehung während des Züchtens des konusförmigen Abschnitts bei unterschiedlicher Drehgeschwindigkeit zu der während des Züchtens des geraden Körperabschnitts durchgeführt wird.
Auf diese Weise kann, wenn jeder Drehbetrag in der Vorwärts- und Rückwärtsrichtung jeweils ein vorbestimmter Betrag von nicht weniger als einer Drehung wird, die Verschlechterung der Kristallform verringert werden, die durch die Ungleichförmigkeit der Induktionsheizspule aufgrund des Schlitzes und eines Drehbetrags des Einkristalls von weniger als einer Drehung hervorgerufen wird. Darüber hinaus kann, wenn der Drehbetrag des Einkristalls durch Einstellen der Drehzeit gemäß der Drehgeschwindigkeit des Einkristalls gesteuert wird, die Wirkung der vorliegenden Erfindung mit der Wechseldrehung erhalten werden, und zwar nicht nur während des Züchtens des konusförmigen Abschnitts sondern auch während des Züchtens des geraden Körperabschnitts, obwohl die Drehgeschwindigkeit während des Züchtens des konusförmigen Abschnitts gering sein muss.
Wenn das Änderungsverhältnis der Drehgeschwindigkeit auf diese Weise, wie oben beschrieben, eingestellt wird, kann die Verschlechterung der Kristallform wirksamer verringert werden, die durch die Ungleichförmigkeit der Induktionsheizspule aufgrund des Schlitzes und einer übermäßig langen Änderungszeit in der Drehung bei niedriger Geschwindigkeit zum Beispiel während des Züchtens des konusförmigen Abschnitts hervorgerufen wird. Darüber hinaus kann die Vibration der Schmelze aufgrund einer übermäßig kurzen Änderungszeit wirksamer in der Drehung mit hoher Geschwindigkeit, zum Beispiel während des Züchtens des geraden Körperabschnitts, unterdrückt werden.
Erfindungsgemäß wird die Wechseldrehung während des Züchtens eines konusförmigen Abschnitts mit einer unterschiedlichen Drehgeschwindigkeit zu der während des Züchtens eines geraden Körperabschnitts durchgeführt.
Außerdem ist die Drehgeschwindigkeit der Wechseldrehung während des Züchtens des konusförmigen Abschnitts vorzugsweise weniger als 10 UpM.
Wie zuvor erläutert, macht es dieses Verfahren möglich, dass die Wechseldrehung ohne die Betriebsstörung selbst während des Züchtens des konusförmigen Abschnitts durchgeführt wird, bei dem die Drehgeschwindigkeit der Wechseldrehung niedrig sein muss. Demgemäß kann die Änderung der Waferwiderstandsfähigkeit des Einkristalls wirksamer vom Beginn des geraden Körperabschnitts reduziert werden. Insbesondere wird, wenn die Drehgeschwindigkeit während des Züchtens des konusförmigen Abschnitts weniger als 10 UpM ist, die Wechseldrehung vorzugsweise ohne Beeinflussung des Halsabschnitts usw. durchgeführt.
Wie zuvor erwähnt, kann gemäß der vorliegenden Erfindung der Drehbetrag so gesteuert werden, dass jeder Drehbetrag in der Vorwärts- und Rückwärtsrichtung jeweils ein vorbestimmter Betrag von nicht weniger als einer Drehung wird, und zwar indem die Drehzeit bei der Wechseldrehung des Einkristalls gemäß der Drehgeschwindigkeit des Einkristalls eingestellt wird. Die Verschlechterung der Kristallform kann daher verringert werden, die durch die Ungleichförmigkeit der Induktionsheizspule aufgrund des Schlitzes und eines Drehbetrags des Einkristalls von jeweils weniger als einer Drehung hervorgerufen wird. Darüber hinaus kann der Drehbetrag des Einkristalls ungeachtet des Werts der Drehgeschwindigkeit gesteuert werden, und die Wirkung der vorliegenden Erfindung kann daher sogar in dem Fall erhalten werden, in dem die Drehgeschwindigkeit zum Beispiel während des Züchtens des konusförmigen Abschnitts niedrig sein muss.
Wenn darüber hinaus das Änderungsverhältnis der Drehgeschwindigkeit zwischen der Zeit, während der sich die Drehung bei konstanter Geschwindigkeit in einer der Richtungen zur Drehung bei konstanter Geschwindigkeit in der anderen Richtung ändert, im Bereich von 10 bis 20 UpM/s bei der Wechseldrehung liegt, kann die Verschlechterung der Kristallform wirksamer verringert werden, die durch die Ungleichförmigkeit der Induktionsheizspule aufgrund des Schlitzes und einer übermäßig langen Änderungszeit in der Drehung bei niedriger Geschwindigkeit zum Beispiel während des Züchtens des konusförmigen Abschnitts hervorgerufen wird. Darüber hinaus kann die Vibration der Schmelze aufgrund einer übermäßig kurzen Änderungszeit wirksamer in der Drehung bei hoher Geschwindigkeit, zum Beispiel während des Züchtens des geraden Körperabschnitts, unterdrückt werden.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für das Verhältnis zwischen der Drehgeschwindigkeit und der Drehzeit eines Einkristalls in der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für das Verhältnis zwischen der Drehgeschwindigkeit und der Änderungszeit des Einkristalls in der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für das Muster der Drehgeschwindigkeit des Einkristalls im Hinblick auf einen Kristalldurchmesser während des Züchtens des konusförmigen Abschnitts zeigt;
4 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für das Muster der Drehgeschwindigkeit des Einkristalls im Hinblick auf die Zeit bei einem herkömmlichen Verfahren zeigt;
5 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel für eine herkömmliche Einkristallherstellungsvorrichtung mittels des FZ-Verfahrens zeigt;
6 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel für eine herkömmliche Kristallhaltevorrichtung zeigt; und
7 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel für eine herkömmliche Induktionsheizspule zeigt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung ausführlicher erläutert.
Wie zuvor beschrieben, kann herkömmlicherweise, wenn die Zeit der Wechseldrehung, d.h. der Zyklus wird nur so gesteuert, dass er in der Wechseldrehung des Einkristalls konstant ist, der Drehbetrag eine Drehung oder weniger werden. In diesem Fall tritt das Problem auf, dass die Kristallform insbesondere in dem Fall deutlich verschlechtert ist, in dem die Drehgeschwindigkeit zum Beispiel während des Züchtens des konusförmigen Abschnitts niedrig sein muss, weil dieser leicht durch die Ungleichförmigkeit der Induktionsheizspule beeinflusst wird.
Die vorliegenden Erfinder haben wiederholt intensiv Studien durchgeführt. Im Ergebnis haben die vorliegenden Erfinder festgestellt, dass, wenn der Drehbetrag in der Vorwärts- und der Rückwärtsrichtung jeweils ein vorbestimmter Betrag von nicht weniger als einer Drehung ist, die Verschlechterung der Kristallform verringert werden kann, die durch die Ungleichförmigkeit der Induktionsheizspule aufgrund des Schlitzes hervorgerufen wird, und die vorliegende Erfindung abgeschlossen.
Das bedeutet, dass die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Einkristalls mittels des FZ-Verfahrens ist, umfassend das teilweise Erwärmen und Schmelzen eines Rohstoffkristalls, um eine Schmelzzone mittels einer Induktionsheizspule zu bilden, und das Bewegen der Schmelzzone, um den Einkristall zu züchten, während eine Drehrichtung des Einkristalls während des Züchtens abwechselnd zwischen einer Vorwärtsrichtung und einer Rückwärtsrichtung geändert wird, bei der eine Drehzeit mit der Wechseldrehung des Einkristalls gemäß einer Drehgeschwindigkeit des Einkristalls so eingestellt wird, dass jeder Drehbetrag in der Vorwärts- und Rückwärtsrichtung jeweils ein vorbestimmter Betrag von nicht weniger als einer Drehung wird.
Nachfolgend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert, wobei aber die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt ist.
Zuerst wird mit der Einkristallherstellungsvorrichtung durch das FZ-Verfahren der Durchmesser des Kristalls allmählich erhöht, um den konusförmigen Abschnitt unter Bildung der Fließzone zwischen dem Rohstoffkristallblock und dem zu züchtenden Einkristallblock zu bilden. Die darin verwendete Einkristallvorrichtung kann eine herkömmliche, in 5 gezeigte Vorrichtung sein.
Es ist zu beachten, dass der Durchmesser des Rohstoffkristallblocks und die Widerstandsfähigkeit, der Durchmesser und die Länge des geraden Körpers eines angestrebten Einkristalls usw. in geeigneter Weise durch den Fachmann bestimmt werden. Zum Beispiel kann der Durchmesser des Rohstoffkristallblocks 100 bis 205 mm betragen. Die Widerstandsfähigkeit des angestrebten Einkristalls kann 1 bis 5000 Qcm sein. Der Durchmesser des Einkristalls kann 100 bis 205 mm betragen. Die Länge des geraden Körpers kann 10 bis 150 cm sein. Allerdings sind diese nicht darauf beschränkt.
In diesem Fall kann der Einkristall unter einer Bedingung gezüchtet werden, unter der eine obere Welle, die ein Drehzentrum des Rohstoffkristallblocks ist, exzentrisch zu einer unteren Welle ist, die ein Drehzentrum des zu züchtenden Einkristalls bei der Einkristallisation ist. Auf diese Weise kann, wenn beide Mittelachsen außer Fluchtung gebracht werden, ein Schmelzabschnitt bei der Einkristallisation bewegt werden und die Qualität des herzustellenden Einkristalls kann dadurch gleichförmig werden.
Es ist zu beachten, dass der Betrag der oben beschriebenen Exzentrizität in geeigneter Weise vom Fachmann eingestellt wird. Zum Beispiel kann er 10 mm sein, ist aber nicht darauf beschränkt.
Als Nächstes wird die Drehgeschwindigkeit allmählich während des Züchtens des konusförmigen Abschnitts erhöht. Wenn die Geschwindigkeit 7 UpM wird, wird die Wechseldrehung begonnen. Die Endbedingungen der Wechseldrehung während des Züchtens des geraden Körperabschnitts werden wie folgt eingestellt. Die Enddrehgeschwindigkeit beträgt 20 UpM. Der Drehbetrag in der Vorwärtsrichtung beträgt 2,0 Drehungen. Der Drehbetrag in der Rückwärtsrichtung beträgt 1,2 Drehungen. Das Änderungsverhältnis der Drehgeschwindigkeit ist 12,5 UpM/s. Die Drehgeschwindigkeit wird während des Züchtens des konusförmigen Abschnitts beschleunigt, bis es die Enddrehgeschwindigkeit erreicht, um diese Bedingungen zu erzielen. Nach dem Erreichen der Enddrehgeschwindigkeit wird die Wechseldrehung wie beim Zeitraum des Züchtens des konusförmigen Abschnitts fortgeführt und der gerade Körperabschnitt wird zur Herstellung des Einkristalls gezüchtet.
In diesem Fall kann zum Beispiel ein Beschleunigungsmuster der Drehgeschwindigkeit wie in 3 gezeigt verwendet werden. 3 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für das Muster der Drehgeschwindigkeit des Einkristalls im Hinblick auf den Kristalldurchmesser während des Züchtens des konusförmigen Abschnitts zeigt.
Wie zuvor beschrieben kann, wenn die Wechseldrehung während des Züchtens des konusförmigen Abschnitts bei einer Drehgeschwindigkeit von weniger als 10 UpM durchgeführt wird, die sich von der Drehgeschwindigkeit während des Züchtens des geraden Körperabschnitts unterscheidet, die Deformation des konusförmigen Abschnitts unterdrückt werden, ohne dass der Halsabschnitt und dergleichen beeinträchtigt wird, und kann die Änderung der Waferwiderstandsfähigkeit des Einkristalls wirksamer vom Beginn des geraden Körperabschnitts verringert werden.
In diesem Fall wird die Drehzeit zur Steuerung zum Beispiel auf der Grundlage des in 1 gezeigten Verhältnisses geändert, so dass während des Züchtens des konusförmigen Abschnitts jeder Drehbetrag in der Vorwärts- und Rückwärtsrichtung jeweils eine Drehung oder mehr, und besonders bevorzugt 1,2 Drehungen oder mehr, wird. Weiter wird die Änderungszeit so eingestellt, dass die Steuerung auf der Grundlage des in 2 gezeigten Verhältnisses während des Durchführens der Wechseldrehung erfolgt, so dass das Änderungsverhältnis der Drehgeschwindigkeit ein konstanter Wert von 10 bis 20 UpM/s wird. 1 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für das Verhältnis zwischen der Drehgeschwindigkeit und der Drehzeit des Einkristalls in der vorliegenden Erfindung zeigt. 2 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für das Verhältnis zwischen der Drehgeschwindigkeit und der Änderungszeit des Einkristalls in der vorliegenden Erfindung zeigt.
Zum Beispiel wird, wenn die Wechseldrehung bei 7 UpM während des Züchtens des konusförmigen Abschnitts anfängt, die Drehzeit der Drehung in der Vorwärtsrichtung auf 17,1 Sekunden eingestellt, und die Drehzeit der Drehung in der Rückwärtsrichtung wird auf 10,2 Sekunden eingestellt, bezogen auf die 1, und die Änderungszeit wird auf 0,56 Sekunden eingestellt, bezogen auf die 2. Im Ergebnis wird ungeachtet des Werts der Drehgeschwindigkeit der Drehbetrag in der Vorwärtsrichtung so eingestellt, dass ein konstanter Betrag von 2,0 Drehungen erhalten wird, der Drehbetrag in der Rückwärtsrichtung wird so eingestellt, dass ein konstanter Betrag von 1,2 Drehungen erhalten wird, und das Änderungsverhältnis der Drehgeschwindigkeit wird so eingestellt, dass ein konstanter Wert von 12,5 UpM/s erhalten wird.
Die Drehgeschwindigkeit des Kristalls wird danach mit der Zunahme des Durchmessers des konusförmigen Abschnitts gemäß dem in 3 gezeigten Muster erhöht. In diesem Fall kann, wenn die Drehzeit gemäß 1 gesenkt wird und die Änderungszeit gemäß 2 unter Zunahme der Drehgeschwindigkeit des Kristalls erhöht wird, der Drehbetrag und das Änderungsverhältnis der Drehgeschwindigkeit auf einen vorbestimmten konstanten Wert eingestellt werden.
Zum Beispiel wird bei dem in 4 gezeigten Drehmuster, einer Enddrehgeschwindigkeit von 20 UpM, einer Drehzeit von 6 Sekunden in der Vorwärtsrichtung, einer Drehzeit von 3,6 Sekunden in der Rückwärtsrichtung, einer Änderungszeit von 1,6 Sekunden und einem konstanten Zyklus während des Züchtens des geraden Körperabschnitts, wie bei einem herkömmlichen Verfahren durchgeführt, wenn eine Wechseldrehung während des Züchtens des konusförmigen Abschnitts bei einer Drehgeschwindigkeit von 7 UpM und demselben Zyklus, wie dem während des Züchtens des geraden Körperabschnitts, begonnen wird, der Drehbetrag in der Vorwärtsrichtung 0,7 Drehungen und der Drehbetrag in der Rückwärtsrichtung wird 0,42 Drehungen. Demgemäß kann die Kristallform während des Züchtens des konusförmigen Abschnitts durch die Ungleichförmigkeit der Induktionsheizspule aufgrund des Schlitzes beeinflusst werden, weil der Drehbetrag jeweils weniger als eine Drehung wird, was zu einer Beeinträchtigung führen kann.
Außerdem kann bei Drehung mit einer niedrigen Geschwindigkeit während des Züchtens des konusförmigen Abschnitts eine übermäßig lange Änderungszeit auch bewirken, dass die Kristallform durch die Ungleichförmigkeit der Induktionsheizspule aufgrund des Schlitzes beeinträchtigt wird, und die Kristallform kann dadurch verschlechtert werden. Weiterhin kann bei Drehung mit hoher Geschwindigkeit während des Züchtens des geraden Körperabschnitts eine übermäßig kurze Änderungszeit die Vibration der Schmelze hervorrufen.
Wie oben beschrieben wird allerdings in der vorliegenden Erfindung der Drehbetrag oder das Änderungsverhältnis der Drehgeschwindigkeit dadurch gesteuert, dass die Drehzeit bzw. Änderungszeit gemäß der Drehgeschwindigkeit des Einkristalls eingestellt wird, so dass es daher unmöglich ist, dass die oben beschriebene Betriebsstörung auftritt. Der Einkristall mit einer guten Kristallform und einer gleichförmigen Widerstandsfähigkeit kann dadurch erhalten werden, und die Ausbeute bei der Einkristallherstellung kann verbessert werden.
Es ist zu beachten, dass die Endbedingungen der Wechseldrehung des Einkristalls (die Enddrehgeschwindigkeit, der Drehbetrag in der Vorwärts- und Rückwärtsrichtung, die Änderungszeit und dergleichen) und die Drehgeschwindigkeit, das Änderungsverhältnis der Drehgeschwindigkeit und dergleichen zu Beginn der Wechseldrehung während des Züchtens des konusförmigen Abschnitts in geeigneter Weise vom Fachmann eingestellt werden. Diese sind nicht auf die zuvor beschriebenen Beispiele beschränkt.
BEISPIELE
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend ausführlicher durch Anführen von Beispielen und einem Vergleichsbeispiel erläutert. Allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt.
(Beispiel 1)
Es wurde mit der in 5 gezeigten Einkristallherstellungsvorrichtung eine Zonierung mittels des FZ-Verfahrens auf einem Silizium-Rohstoffblock mit einem Durchmesser von 130 mm durchgeführt und die Wechseldrehung wurde begonnen, als die Drehgeschwindigkeit in einer Richtung 7 UpM während des Züchtens des konusförmigen Abschnitts wurde. Die Drehgeschwindigkeit wurde danach erhöht und erreichte eine Enddrehgeschwindigkeit von 20 UpM. Nach dem Erreichen der Enddrehgeschwindigkeit von 20 UpM wurde die Wechseldrehung auch während des Züchtens des geraden Körperabschnitts fortgesetzt, um einen Siliziumeinkristall vom n-Typ herzustellen, der eine Widerstandsfähigkeit von 100 Qcm oder weniger und einen Durchmesser von 128 mm hatte und dessen gerader Körper eine Länge von 150 cm besaß.
Dabei wurde, wenn die Wechseldrehung durchgeführt wurde, die Drehzeit auf der Grundlage des Verhältnisses zwischen der Drehgeschwindigkeit und der Drehzeit des in 1 gezeigten Einkristalls sowohl während des Züchtens des konusförmigen Abschnitts als auch des geraden Körperabschnitts eingestellt, so dass der Drehbetrag des Einkristalls in der Vorwärtsrichtung zu einem konstanten Betrag von 2,0 Drehungen wurde und der Drehbetrag in der Rückwärtsrichtung zu einem konstanten Betrag von 1,2 Drehungen wurde. Die Änderungszeit war eine konstante Zeit von 1,6 Sekunden und der Exzentrizitätsbetrag lag bei 10 mm. Sie wurden durch ein Steuerprogramm in einem Computer, der in der Einkristallherstellungsvorrichtung vorgesehen war, gesteuert.
Unter diesen Bedingungen wurde die Herstellung des Einkristalls mittels des FZ-Verfahrens zehn Mal wiederholt. Im Ergebnis wurden 10 Einkristalle ohne Kristalldeformation und die Erzeugung eines Versatzes hergestellt.
(Beispiel 2: nicht erfindungsgemäß)
Siliziumeinkristalle wurden unter denselben Bedingungen wie im Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Enddrehgeschwindigkeit 30 UpM betrug. Es ist zu beachten, dass unter dieser Bedingung ungeachtet des Drehgeschwindigkeitswert der Drehbetrag des Einkristalls in der Vorwärtsrichtung auch zu einem konstanten Betrag von 2,0 Drehungen wurde und der Drehbetrag in der Rückwärtsrichtung zu einem konstanten Betrag von 1,2 Drehungen wurde, und zwar sowohl während des Züchtens des konusförmigen Abschnitts als auch des geraden Körperabschnitts.
Unter diesen Bedingungen wurde die Herstellung des Einkristalls mittels des FZ-Verfahrens zehn Mal wiederholt. Im Ergebnis wurden 7 Einkristalle erfolgreich hergestellt.
(Beispiel 3: nicht erfindungsgemäß)
Siliziumeinkristalle wurden unter denselben Bedingungen wie im Beispiel 2 hergestellt, mit der Ausnahme, dass das Änderungsverhältnis der Drehgeschwindigkeit so gesteuert wurde, dass ein konstanter Wert von 12,5 UpM/s erhalten wurde, indem die Änderungszeit auf der Grundlage des Verhältnisses zwischen der Drehgeschwindigkeit und der Änderungszeit des in 2 gezeigten Einkristalls mit der Änderung der Drehrichtung der Wechseldrehung eingestellt wurde, und zwar sowohl während des Züchtens des konusförmigen Abschnitts als auch des geraden Körperabschnitts. Es ist zu beachten, dass ungeachtet des Drehgeschwindigkeitswerts unter dieser Bedingung der Drehbetrag des Einkristalls in der Vorwärtsrichtung auch so eingestellt wurde, dass ein konstanter Betrag von 2,0 Drehungen resultierte, und der Drehbetrag in der Rückwärtsrichtung so eingestellt wurde, dass ein konstanter Betrag von 1,2 Drehungen resultierte, und zwar sowohl während des Züchten des konusförmigen Abschnitts als auch des geraden Körperabschnitts.
Unter diesen Bedingungen wurde die Herstellung des Einkristalls mittels des FZ-Verfahrens zehn Mal wiederholt. Im Ergebnis wurden 10 Einkristalle erfolgreich hergestellt.
(Vergleichsbeispiel)
Mit der in 5 gezeigten Einkristallherstellungsvorrichtung wurde eine Zonierung mittels des FZ-Verfahrens auf einem Siliziumrohstoffblock mit einem Durchmesser von 130 mm durchgeführt, und die Wechseldrehung wurde begonnen, als die Drehgeschwindigkeit in einer Richtung während des Züchtens des konusförmigen Abschnitts 7 UpM wurde. Die Drehgeschwindigkeit wurde danach erhöht und erreichte eine Enddrehgeschwindigkeit von 20 UpM. Nach dem Erreichen der Enddrehgeschwindigkeit von 20 UpM wurde die Wechseldrehung auch periodisch durch das Muster der Drehgeschwindigkeit im Hinblick auf die in 4 gezeigte Zeit fortgeführt, um einen Siliziumeinkristall vom n-Typ mit einer Widerstandsfähigkeit von 100 Ωcm oder weniger, einem Durchmesser von 128 mm und einer Länge für den geraden Körper von 150 cm herzustellen.
In diesem Fall waren die Drehzeit und Änderungszeit für jede Drehgeschwindigkeit des Einkristalls konstant. Darüber hinaus war ungeachtet des Drehgeschwindigkeitswerts die Drehzeit in der Vorwärtsrichtung eine konstante Zeit von 6 Sekunden (der Drehbetrag während des Züchtens des konusförmigen Abschnitts betrug 0,7 Umdrehungen und der Drehbetrag während des Züchtens des geraden Körperabschnitts war 2 Umdrehungen), die Drehzeit in der Rückwärtsrichtung war eine konstante Zeit von 3,6 Sekunden (der Drehbetrag während des Züchtens des konusförmigen Abschnitts betrug 0,42 Umdrehungen und der Drehbetrag während des Züchtens des geraden Körperabschnitts war 1,2 Umdrehungen), und die Änderungszeit war eine konstante Zeit von 1,6 Sekunden, und zwar sowohl während des Züchtens des konusförmigen Abschnitts als auch des geraden Körperabschnitts.
Unter diesen Bedingungen wurde die Herstellung des Einkristalls mittels des FZ-Verfahrens zehn Mal wiederholt. Im Ergebnis wurden 2 Einkristalle erfolgreich hergestellt.
Wie oben beschrieben wurde im Beispiel 1 die Wechseldrehung mit einer relativ geringen Geschwindigkeit von 7 UpM während des Züchtens des konusförmigen Abschnitts begonnen. Darüber hinaus wurde jeder Drehbetrag in der Vorwärts- und Rückwärtsrichtung jeweils so eingestellt, dass er eine Drehung oder mehr ungeachtet des Drehgeschwindigkeitswerts des Einkristalls durch die Wirkung der vorliegenden Erfindung war. Die Wechseldrehung konnte dadurch vom Anfang des geraden Körperabschnitts begonnen werden, ohne dass der Halsabschnitt und dergleichen beeinträchtigt wurde. Darüber hinaus konnte die Verschlechterung der Kristallform insbesondere während des Züchtens des konusförmigen Abschnitts, hervorgerufen durch die Ungleichförmigkeit der Induktionsheizspule aufgrund des Schlitzes, verringert werden. Demgemäß wurden erfolgreich 10 Einkristalle hergestellt, wenn die Herstellung zehn Mal durchgeführt wurde, und so wurde ein besseres Ergebnis im Vergleich zum Vergleichsbeispiel erhalten, bei dem nur 2 Einkristalle erfolgreich hergestellt wurden, wenn die Herstellung zehn Mal durchgeführt wurde.
Außerdem wurden im nicht erfindungsgemäßen Beispiel 2 sieben Einkristalle erfolgreich hergestellt, wenn die Herstellung zehn Mal durchgeführt wurde, und so wurde ein relativ gutes Ergebnis erhalten, selbst wenn die Drehgeschwindigkeit zur Verbesserung der Gleichförmigkeit der Widerstandsfähigkeit hoch war und die Vibration der Schmelze in einer Kristalldrehrichtung stark war.
Dabei war im nicht erfindungsgemäßen Beispiel 3 das Änderungsverhältnis der Drehgeschwindigkeit bei Änderung der Drehrichtung der Wechseldrehung ein konstanter Wert von 12,5 UpM/s, was im Bereich von 10 bis 20 UpM/s liegt, und zwar sowohl während des Züchtens des konusförmigen Abschnitts als auch des geraden Körperabschnitts. Die Verschlechterung der Kristallform bei Drehung mit niedriger Geschwindigkeit während des Züchtens des konusförmigen Abschnitts konnte dadurch wirksamer verringert werden, und die Vibration der Schmelze konnte bei Drehung mit hoher Geschwindigkeit während des Züchtens des geraden Körperabschnitts wirksamer unterdrückt werden. Demgemäß wurden 10 Einkristalle erfolgreich hergestellt, wenn die Herstellung zehn Mal durchgeführt wurde, und so wurde ein besseres Ergebnis im Vergleich zum Beispiel 2 erhalten.
Es ist zu beachten, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehende Ausführungsform beschränkt ist. Die Ausführungsform ist nur ein erläuterndes Beispiel und alle Beispiele, die weitgehend dasselbe Merkmal aufweisen und dieselben Funktionen und Wirkungen wie die des technischen Konzepts zeigen, das in den Ansprüchen der vorliegenden Erfindung beschrieben ist, sind vom technischen Umfang der vorliegenden Erfindung umfasst.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Einkristalls mittels des FZ-Verfahrens, umfassend das teilweise Erwärmen und Schmelzen eines Rohstoffkristalls zur Bildung einer Schmelzzone mittels einer Induktionsheizspule und das Verlagern der Schmelzzone zum Züchten des Einkristalls während der Änderung der Drehrichtung des Einkristalls während des Züchtens abwechselnd zwischen der Vorwärtsrichtung und Rückwärtsrichtung, wobei sowohl während des Züchtens eines konusförmigen Abschnitts des Einkristalls als auch während des Züchtens eines geraden Körperabschnitts des Einkristalls die Drehzeit bei der Wechseldrehung des Einkristalls gemäß der Drehgeschwindigkeit des Einkristalls derart eingestellt wird, dass jeder Drehbetrag in der Vorwärts- und Rückwärtsrichtung jeweils ein vorbestimmter Betrag von nicht weniger als einer Drehung wird, wobei das Änderungsverhältnis der Drehgeschwindigkeit zwischen einer Zeit, während der sich die Drehung bei einer konstanten Geschwindigkeit in einer der Richtungen zur Drehung bei konstanter Geschwindigkeit in der anderen Richtung ändert, im Bereich von 10 bis 20 UpM/s bei der Wechseldrehung liegt, und wobei die Wechseldrehung während des Züchtens des konusförmigen Abschnitts bei unterschiedlicher Drehgeschwindigkeit zu der während des Züchtens des geraden Körperabschnitts durchgeführt wird.
Verfahren zur Herstellung eines Einkristalls nach Anspruch 1, wobei die Drehgeschwindigkeit der Wechseldrehung während des Züchtens des konusförmigen Abschnitts weniger als 10 UpM beträgt.