DE102018201783A1 - Method and apparatus for pulling a single crystal, single crystal and semiconductor wafer - Google Patents

Method and apparatus for pulling a single crystal, single crystal and semiconductor wafer Download PDF

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    • C30B15/20—Controlling or regulating

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ziehen eines Einkristalls (150) unter Verwendung einer Vorrichtung (100), die zum Ziehen des Einkristalls (150) aus einer Schmelze (151) in einem Tiegel (130) der Vorrichtung (100) dient, wobei Halbleitermaterial (153), aus dem der Einkristall (150) gebildet werden soll, in fester Form in den Tiegel (130) eingebracht und dann auf eine Temperatur erhitzt wird, bei der das Halbleitermaterial (153)noch nicht schmilzt, wobei ein Reinigungsgas durch die Vorrichtung (100) geleitet und eine Partikelbelastung (P) durch ein Oxid des Halbleitermaterials im Strom (B, C) des Reinigungsgases im Inneren der Vorrichtung (100) wiederholt oder kontinuierlich ermittelt wird, und wobei das Halbleitermaterial (153) geschmolzen und der Einkristall (150) aus der daraus gebildeten Schmelze (151) gezogen wird, wenn die Partikelbelastung einen vorgegebenen Wert unterschritten hat, sowie eine solche Vorrichtung (100) und einen solchen Einkristall und eine einkristalline Halbleiterscheibe.The invention relates to a method of pulling a single crystal (150) using a device (100) for pulling the single crystal (150) from a melt (151) in a crucible (130) of the device (100), wherein 153) from which the monocrystal (150) is to be formed is introduced into the crucible (130) in solid form and then heated to a temperature at which the semiconductor material (153) does not yet melt, a cleaning gas being passed through the device (15). 100) and a particle load (P) is repeatedly or continuously detected by an oxide of the semiconductor material in the stream (B, C) of the cleaning gas inside the device (100), and wherein the semiconductor material (153) is melted and the monocrystal (150) is drawn from the melt (151) formed therefrom, if the particle load has fallen below a predetermined value, and such a device (100) and such a single crystal and a monocrystalline Semiconductor wafer.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ziehen eines Einkristalls unter Verwendung einer Vorrichtung, die zum Ziehen des Einkristalls aus einer Schmelze in einem Tiegel der Vorrichtung dient, eine solche Vorrichtung sowie einen solchen Einkristall und eine einkristalline Halbleiterscheibe.The present invention relates to a method of pulling a single crystal using a device for pulling the single crystal from a melt in a crucible of the device, such a device, and a single crystal and a single crystal wafer.

Stand der TechnikState of the art

Einkristalle aus Halbleitermaterial wie Silizium können durch Ziehen aus einer Schmelze des Halbleitermaterials hergestellt werden. Hierzu wird in der Regel ein sog. Impfling in die Schmelze eingebracht und dann hochgezogen. Dieser Vorgang ist auch als die sog. Czochralski-Methode bekannt. Die Schmelze selbst wird durch Aufschmelzen von in der Regel polykristallinem, also festem, Halbleitermaterial gewonnen, das meist als Schüttung in den Tiegel eingebracht wird.Single crystals of semiconductor material such as silicon can be made by drawing from a melt of the semiconductor material. For this purpose, a so-called. Immpfling is usually introduced into the melt and then pulled up. This process is also known as the so-called Czochralski method. The melt itself is obtained by melting of usually polycrystalline, so solid, semiconductor material, which is usually introduced as a bed in the crucible.

Generell ist es nun gewünscht, den Sauerstoffgehalt solcher Einkristalle möglichst niedrig zu halten. Verunreinigungen in der Vorrichtung bzw. in den Komponenten können dabei meist dadurch gering gehalten werden, indem geeignete Materialien verwendet werden.In general, it is now desired to keep the oxygen content of such monocrystals as low as possible. Impurities in the device or in the components can usually be kept low by using suitable materials.

Allerdings sind Halbleitermaterialien wie das erwähnte Silizium selbst in aller Regel auch von einem Oxid überzogen bzw. das Halbleitermaterial oxidiert an Luft. Im Falle von Silizium entsteht dabei Siliziumdioxid. Aus der JP 2196082 A ist beispielsweise bekannt, eine solche Oxidschicht zu entfernen, indem das Halbleitermaterial in der Vorrichtung für einen vorgegebenen Zeitraum auf eine vorgegebene Temperatur erhitzt wird. Dann wird die Vorrichtung evakuiert oder es wird eine InertgasAtmosphäre darin gebildet. However, semiconductor materials such as the mentioned silicon itself usually also covered by an oxide or the semiconductor material oxidized in air. In the case of silicon, this produces silicon dioxide. From the JP 2196082 A For example, it is known to remove such an oxide layer by heating the semiconductor material in the device for a predetermined period of time to a predetermined temperature. Then, the device is evacuated or an inert gas atmosphere is formed therein.

Vor diesem Hintergrund stellt sich die Aufgabe, einen Sauerstoffanteil in dem Einkristal aus Halbleitermaterial weiter zu reduzieren und das entfermen der Oxidschicht zu optimieren.Against this background, the task is to further reduce an oxygen content in the Einkristal of semiconductor material and to optimize the Entfermen the oxide layer.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls sowie ein solcher Einkristall mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.According to the invention, a method and a device for pulling a single crystal as well as such a single crystal with the features of the independent claims are proposed. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims and the following description.

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Ziehen eines Einkristalls unter Verwendung einer Vorrichtung, die zum Ziehen des Einkristalls aus einer Schmelze in einem Tiegel der Vorrichtung dient. Halbleitermaterial, aus dem der Einkristall gebildet werden soll, wird in fester Form, insbesondere in polykristalliner Form, in den Tiegel eingebracht. Dies kann insbesondere auch als Schüttung erfolgen, d.h. es werden einzelne, kleinere und/oder größere Stücke des Halbleitermaterials in den Tiegel eingebracht bzw. eingeschüttet. Eine solche Vorrichtung weist hierzu neben dem Tiegel in aller Regel auch eine geeignete Zieheinrichtung auf, um den Einkristall aus der Schmelze, die - wie später noch erläutert - aus dem Halbleitermaterial gewonnen wird, hochzuziehen. Zudem ist meist ein Hitzeschild vorgesehen. Zudem kann die Vorrichtung zum Betrieb evakuiert und mit einem Reinigungsgas gespült werden. Für eine detailliertere Beschreibung der Vorrichtung sei an dieser Stelle auf die noch folgenden Ausführungen, insbesondere auch die Figurenbeschreibung, verwiesen. Das im Tiegel befindliche Halbleitermaterial wird dann auf eine Temperatur erhitzt, bei der das Halbleitermaterial noch nicht schmilzt. Zweckmäßig ist hier beispielsweise eine Temperatur zwischen 1000°C und 1400°C, vorzugsweise zwischen 1000°C und 1250°C, beispielsweise 1200°C. Dies kann durch Erhitzen des Tiegels mittels einer geeigneten Heizvorrichtung erfolgen.The invention is based on a process for pulling a single crystal using a device which serves to draw the single crystal from a melt in a crucible of the device. Semiconductor material from which the single crystal is to be formed is introduced into the crucible in solid form, in particular in polycrystalline form. This can be done in particular as a bed, i. There are single, smaller and / or larger pieces of semiconductor material introduced or poured into the crucible. In addition to the crucible, such a device usually also has a suitable pulling device in order to pull the monocrystal out of the melt, which is obtained from the semiconductor material, as will be explained later on. In addition, a heat shield is usually provided. In addition, the device can be evacuated for operation and flushed with a cleaning gas. For a more detailed description of the device, reference should be made at this point to the following statements, in particular also the description of the figures. The crucible-located semiconductor material is then heated to a temperature at which the semiconductor material does not yet melt. Expedient here is, for example, a temperature between 1000 ° C and 1400 ° C, preferably between 1000 ° C and 1250 ° C, for example 1200 ° C. This can be done by heating the crucible by means of a suitable heating device.

Wie erwähnt, bildet sich auf dem Halbleitermaterial eine Oxidschicht durch die Luft in der Umgebung. Im Falle von Silizium als Halbleitermaterial handelt es sich dabei überwiegend um Siliziumdioxid. Durch das Erhitzen in den erwähnten Temperaturbereich bildet sich daraus Siliziumoxid. Insbesondere liegt dieses Siliziumoxid (für den Fall von Silizium als Halbleitermaterial) dann auch gasförmig vor, wenn geeignete Druckverhältnisse in der Vorrichtung herrschen. Siliziumoxid weist beispielsweise einen Dampfdruck von ca. 13 mbar bei einer Temperatur von 1400°C auf. Insofern ist es auch zweckmäßig, die Vorrichtung zumindest teilweise zu evakuieren. Nur durch die Evakuierung und eine nicht spezifisch gewählte Zeitdauer, während welcher das Halbleitermaterial im erwähnten Temperaturbereich gehalten wird, kann jedoch nicht festgestellt werden, ob genügend Siliziumoxid bzw. wieviel Siliziumdioxid entfernt wurde.As mentioned, an oxide layer is formed on the semiconductor material by the air in the environment. In the case of silicon as the semiconductor material, it is predominantly silicon dioxide. By heating in the mentioned temperature range, it forms silica. In particular, this silicon oxide (in the case of silicon as a semiconductor material) then also exists in gaseous form if suitable pressure conditions prevail in the device. Silica, for example, has a vapor pressure of about 13 mbar at a temperature of 1400 ° C. In this respect, it is also expedient to evacuate the device at least partially. However, it is not possible to determine whether enough silicon oxide or how much silicon dioxide has been removed only by the evacuation and a nonspecifically selected period during which the semiconductor material is kept in the temperature range mentioned.

Hierbei wurde nun erkannt, dass einerseits eine zu kurze Zeitdauer dazu führt, dass zu wenig Siliziumoxid und damit Sauerstoff aus der Vorrichtung und vom Halbleitermaterial entfernt wird. Andererseits aber auch, dass die Zeitdauer nicht länger gewählt werden sollte, als es erforderlich ist, um das Siliziumdioxid vom Halbleitermaterial zu entfernen, weil das Tiegelmaterial im erwähnten Temperaturbereich zu korrodieren beginnt und dadurch Partikel entstehen können, die später in die Schmelze gelangen und Versetzungen des Einkristalls auslösen können.In this case, it has now been recognized that, on the one hand, an excessively short time duration leads to the fact that too little silicon oxide and thus oxygen is removed from the device and from the semiconductor material. On the other hand, however, that the time period should not be chosen longer than is necessary to remove the silicon dioxide from the semiconductor material, because the crucible material begins to corrode in the temperature range mentioned and thereby particles may form, which later get into the melt and dislocations of the Single crystal can trigger.

Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass ein Reinigungsgas, vorzugsweise Argon, durch die Vorrichtung geleitet wird. Dieses Reinigungsgas kann dabei insbesondere von oben, also einem oberen Ende, an dem dann zweckmäßigerweise auch die Zieheinrichtung angeordnet ist, in die Vorrichtung eingeleitet werden und unten, also an einem unteren Ende, insbesondere unterhalb des Tiegels, wieder aus der Vorrichtung ausgeleitet werden (hierzu können jeweils geeignete, insbesondere verschließbare, Öffnungen vorgesehen sein). Bei üblichen solchen Vorrichtungen strömt das Reinigungsgas dann innerhalb des erwähnten Hitzeschilds Richtung des im Tiegel befindlichen Halbleitermaterials, zwischen dem Halbleitermaterial und dem unteren Ende des Hitzeschilds nach außen und dann aus dem Tiegel heraus und nach unten. Dabei kann sich auch ein turbulenter Strom innerhalb des Tiegels ausbilden, der bis hoch zu einem Dom der Vorrichtung reicht.According to the invention it is now provided that a cleaning gas, preferably argon, by the Device is passed. This cleaning gas can be introduced into the device in particular from above, ie an upper end, on which then expediently also the pulling device is arranged and below, so at a lower end, in particular below the crucible, are discharged from the device again (this in each case suitable, in particular closable, openings can be provided). In conventional such devices, the cleaning gas then flows outwardly within the aforementioned heat shield towards the crucible semiconductor material, between the semiconductor material and the lower end of the heat shield, and then out of the crucible and down. This can also form a turbulent flow within the crucible, which extends up to a dome of the device.

Weiterhin wird dann, während das Reinigungsgas durch die Vorrichtung geleitet wird, eine Partikelbelastung durch ein Oxid des Halbleitermaterials, im Falle von Silizium als Halbleitermaterial bevorzugt Siliziumoxid, im Strom des Reinigungsgases im Inneren der Vorrichtung wiederholt oder kontinuierlich (bzw. quasi-kontinuierlich) ermittelt. Für die Ermittlung der Partikelbelastung kann eine geeignete Messeinrichtung, insbesondere mit Messeinheit und Pumpe, verwendet werden, wie dies nachfolgend auch noch näher erläutert wird.Furthermore, during the cleaning gas is passed through the device, a particle load by an oxide of the semiconductor material, in the case of silicon as semiconductor material preferably silicon oxide, in the flow of cleaning gas inside the device repeatedly or continuously (or quasi-continuously) determined. For the determination of the particle load, a suitable measuring device, in particular with measuring unit and pump, can be used, as will be explained in more detail below.

Das Halbleitermaterial wird (erst dann) geschmolzen und der Einkristall wird (erst dann) aus der daraus gebildeten Schmelze gezogen, wenn die Partikelbelastung (also ein Grad der Partikelbelastung hinsichtlich des Oxids) einen vorgegebenen Wert unterschritten hat.The semiconductor material is (only then) melted and the monocrystal is (only then) pulled out of the melt formed from it, if the particle load (ie a degree of particle load with respect to the oxide) has fallen below a predetermined value.

Auf diese Weise kann erreicht werden, dass zum einen der Sauerstoff in der Vorrichtung bzw. im Halbleitermaterial weitestgehend reduziert wird, andererseits aber auch keine Partikel entstehen, die später Versetzungen im Einkristall auslösen können.In this way it can be achieved that, on the one hand, the oxygen in the device or in the semiconductor material is largely reduced, but on the other hand no particles are formed which can later induce dislocations in the monocrystal.

Als der vorgegebene Wert kommt besonders bevorzugt ein relativer Anteil an einem maximalen in der Vorrichtung messbaren oder gemessenen Wert der Partikelbelastung in Betracht. Dieser Anteil kann bevorzugt 20% oder weniger, besonders bevorzugt, 15% oder weniger, weiter bevorzugt 10% betragen. Als der maximal messbare oder gemessene Wert kommt beispielsweise ein Wert in Betracht, der während der Messungen ermittelt wird. Da mit steigender Temperatur die gemessene Partikelzahl steigt und mit vollständiger werdender Umwandlung wieder sinkt ergibt sich ein Maximalwert.As the predetermined value, a relative proportion of a maximum value of the particle load that can be measured or measured in the device is particularly preferred. This proportion may preferably be 20% or less, more preferably 15% or less, more preferably 10%. As the maximum measurable or measured value, for example, a value is taken into account, which is determined during the measurements. Since the measured particle number increases with increasing temperature and decreases again as the conversion becomes more complete, a maximum value results.

Denkbar ist aber auch ein Wert, der für eine bestimmte Art des Halbleitermaterials und/oder der Vorrichtung einmal im Sinne eines Referenzwertes ermittelt wurde. Denkbar ist allerdings auch, dass ein absoluter Wert verwendet wird.However, a value which was determined once for a specific type of semiconductor material and / or the device once in the sense of a reference value is also conceivable. However, it is also conceivable that an absolute value is used.

Vorzugsweise wird die Partikelbelastung in Gas oder einem Gasgemisch in einem Bereich der Vorrichtung ermittelt, in dem eine turbulente Strömung des Reinigungsgases vorliegt. Hier ist davon auszugehen, dass die Partikelbelastung aufgrund der turbulenten Strömung hinreichend aussagekräftig ist.The particle load in gas or a gas mixture in a region of the device in which there is a turbulent flow of the cleaning gas is preferably determined. Here it can be assumed that the particle load due to the turbulent flow is sufficiently meaningful.

Besonders bevorzugt ist es, wenn die Partikelbelastung in Gas oder einem Gasgemisch in einem Bereich eines Domes der Vorrichtung ermittelt wird. Unter einem Dom ist dabei ein kuppelartiger Teil der Vorrichtung zu verstehen, in dem der Durchmesser der Vorrichtung oberhalb des Tiegels abnimmt. In diesem Bereich ist zum einen die turbulente Strömung vorzufinden, zum anderen aber liegt dieser Bereich in Bezug auf die Strömungsrichtung des Reinigungsgases auch vor dem unteren Ende des Hitzeschilds. Generell kann durch die Ermittlung der Partikelbelastung in Gas oder in einem Gasgemisch in den erwähnten Bereichen eine hinreichend genaue Aussage über die Partikelbelastung in Gas bzw. einem Gasgemisch im Bereich zwischen dem unteren Ende des Hitzeschilds und dem festen Halbleitermaterial, also der letztlich relevanten Stelle, getroffen werden, da sich durch die turbulente Strömung, wie sich gezeigt hat, die Partikel entsprechend in der Vorrichtung verteilen.It is particularly preferred if the particle load in gas or a gas mixture in a region of a dome of the device is determined. Under a dome is to be understood a dome-like part of the device in which the diameter of the device decreases above the crucible. On the one hand, the turbulent flow is to be found in this region, but on the other hand, with respect to the flow direction of the cleaning gas, this region also lies in front of the lower end of the heat shield. In general, by determining the particle load in gas or in a gas mixture in the mentioned ranges, a sufficiently accurate statement about the particle load in gas or a gas mixture in the region between the lower end of the heat shield and the solid semiconductor material, so the ultimately relevant point made As has been shown by the turbulent flow, the particles are distributed accordingly in the device.

Es ist auch bevorzugt, wenn die Partikelbelastung in Gas oder einem Gasgemisch in einem Bereich der Vorrichtung ermittelt wird, der in Bezug auf eine Strömungsrichtung des Reinigungsgases vor einem unteren Ende eines Hitzeschilds liegt, welcher über dem Halbleitermaterial im Tiegel angeordnet ist und innerhalb welches der Einkristall zu ziehen ist. An einer solchen Stelle ist davon auszugehen, dass etwaige andere, in der Vorrichtung vorhandenen Verunreinigungen, auch Oxide, noch keinen oder zumindest kaum Einfluss auf die relevante Partikelbelastung haben.It is also preferred if the particle load in gas or a gas mixture is determined in a region of the device which, with respect to a flow direction of the cleaning gas, lies in front of a lower end of a heat shield, which is arranged above the semiconductor material in the crucible and within which the single crystal to draw is. At such a point it can be assumed that any other impurities present in the device, including oxides, have no or at least hardly any influence on the relevant particle load.

Ebenso ist es jedoch zweckmäßig, wenn die Partikelbelastung in Gas oder einem Gasgemisch in einem Bereich der Vorrichtung ermittelt wird, der in Bezug auf eine Strömungsrichtung des Reinigungsgases nach einem Hitzeschild liegt, welcher über dem Halbleitermaterial im Tiegel angeordnet ist und innerhalb welches der Einkristall zu ziehen ist, insbesondere an einem unteren Ende der Vorrichtung. Wenngleich hier etwaige weitere Verunreinigungen auftreten können, so ist damit dennoch hinsichtlich der Partikelbelastung durch das Oxid eine hinreichend genaue Messung möglich. Dies kann beispielsweise dann durchgeführt werden, wenn an anderer Stelle der Vorrichtung keine Möglichkeit für eine geeignete Messung zur Verfügung steht.However, it is also expedient if the particle load in gas or a gas mixture in a region of the device is determined, which lies with respect to a flow direction of the cleaning gas after a heat shield, which is disposed above the semiconductor material in the crucible and within which pull the single crystal is, in particular at a lower end of the device. Although any further impurities may occur here, so nevertheless a sufficiently accurate measurement is possible with respect to the particle load by the oxide. This can be done, for example, if there is no possibility for a suitable measurement available elsewhere on the device.

Bevorzugt ist es jedoch auch, wenn an zwei verschiedenen der erwähnten Stellen, also beispielsweise im Dom und am unteren Ende der Vorrichtung, entsprechende Messungen der Partikelbelastung durch das Oxid vorgenommen werden. So können genauere Messwerte erzielt werden. However, it is also preferred if corresponding measurements of the particle loading by the oxide are made at two different locations, that is, for example, in the dome and at the lower end of the device. This allows more accurate readings.

Vorteilhafterweise wird für die Ermittlung der Partikelbelastung Gas oder Gasgemisch aus der Vorrichtung entnommen, das insbesondere anschließend wieder in die Vorrichtung zurückgeführt wird. Dies ermöglicht eine besonders einfache Ermittlung bzw. Messung der Partikelbelastung außerhalb der Vorrichtung. Das entnommene Gas bzw. Gasgemisch kann danach an die Atmosphäre abgegeben werden, insbesondere dann, wenn sichergestellt werden kann, dass keine giftigen Inhaltsstoffe im Gas bzw. Gasgemisch vorhanden sind. Andernfalls kann das Gas bzw. Gasgemisch auch in eine spezielle Abgasanlage und/oder einen Filter gegeben werden, oder aber auch wieder in die Vorrichtung zurückgeführt werden.Advantageously, gas or gas mixture is removed from the device for determining the particle load, which is then returned to the device, in particular subsequently. This allows a particularly simple determination or measurement of the particle load outside the device. The withdrawn gas or gas mixture can then be released to the atmosphere, especially if it can be ensured that no toxic ingredients are present in the gas or gas mixture. Otherwise, the gas or gas mixture can also be placed in a special exhaust system and / or a filter, or else be returned to the device.

Besonders bevorzugt wird ein Tiegel verwendet, der wenigstens teilweise aus einem Nitrid des Halbleitermaterials besteht. Im Falle von Silizium als Halbleitermaterial kommt hier also Siliziumnitrid in Betracht, vorzugsweise ein Tiegel, der vollständig aus Siliziumnitrid besteht. Im Vergleich zu sonst üblichen Materialen kann hier nicht nur eine hohe Temperatur erreicht werden, ohne dass das Material schmilzt, sondern es kann auch - insbesondere im Vergleich zu sonst auch üblichem Siliziumdioxid als Material des Tiegels - die Partikelbelastung durch Oxid niedrig gehalten werden.Particularly preferably, a crucible is used, which at least partially consists of a nitride of the semiconductor material. In the case of silicon as the semiconductor material, silicon nitride is therefore suitable here, preferably a crucible which consists entirely of silicon nitride. In comparison to otherwise common materials not only a high temperature can be achieved here, without the material melts, but it can also - especially in comparison to otherwise usual silicon dioxide as a material of the crucible - the particle pollution by oxide are kept low.

Dieses Verfahren kann nun zwar bei jedem neuen Herstellungsvorgang bzw. Ziehen eines Einkristalls durchgeführt werden. Denkbar ist aber auch, dass das Verfahren bei einem solchen Herstellungsvorgang durchgeführt wird und dass bei nachfolgenden Herstellungsvorgängen, also wenn wieder das Halbleitermaterial auf die entsprechende Temperatur erhitzt wird, soweit die Bedingungen sich nicht geändert haben oder zumindest vergleichbar sind, nicht mehr in dieser Form durchgeführt wird. Es ist dann die Ermittlung der Partikelbelastung nicht mehr erforderlich, vielmehr ist es ausreichend die Zeitdauer, die es zuvor gedauert hat, bis die Partikelbelastung den vorgegebenen Wert unterschritten hat, abzuwarten, während das Reinigungsgas bei der vorgegebenen Temperatur durch die Vorrichtung geleitet wird. Wird hingegen beispielsweise ein anderes Halbleitermaterial verwendet, so kann das Verfahren erneut durchgeführt werden.Although this method can be carried out at every new manufacturing process or pulling a single crystal. However, it is also conceivable that the method is carried out in such a manufacturing process and that in subsequent manufacturing operations, ie when the semiconductor material is heated again to the appropriate temperature, as far as the conditions have not changed or at least comparable, no longer performed in this form becomes. It is then no longer necessary to determine the particle load, but it is sufficient to wait for the time that it has previously taken until the particle load has fallen below the predetermined value, while the cleaning gas is passed through the device at the predetermined temperature. If, by contrast, another semiconductor material is used, for example, the method can be carried out again.

Gegenstand der Erfindung ist weiterhin eine Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls aus einer in einem Tiegel der Vorrichtung vorhaltbaren Schmelze, die dazu eingerichtet ist, dass Halbleitermaterial, aus dem der Einkristall gebildet werden soll, das in fester Form in den Tiegel einbringbar ist, auf eine Temperatur erhitzt wird, bei der das Halbleitermaterial noch nicht schmilzt. Dabei ist die Vorrichtung weiterhin dazu eingerichtet ist, dass ein Reinigungsgas durch die Vorrichtung leitbar ist, bevor das Halbleitermaterial geschmolzen und mit dem Ziehen des Einkristalls begonnen wird, und es ist eine Messeinrichtung vorgesehen, die dazu eingerichtet ist, eine Partikelbelastung durch ein Oxid des Halbleitermaterials, vorzugsweise Siliziumoxid, im Strom des Reinigungsgases im Inneren der Vorrichtung, wenn das Reinigungsgas durch die Vorrichtung geleitet wird, zu ermitteln.The invention furthermore relates to a device for drawing a single crystal from a melt that can be pre-stored in a crucible of the device, which is set up so that semiconductor material from which the monocrystal is to be formed that can be introduced into the crucible in solid form is heated to a temperature is heated, in which the semiconductor material does not melt. In this case, the device is furthermore configured such that a cleaning gas can be conducted through the device before the semiconductor material is melted and the pulling of the monocrystal is started, and a measuring device is provided, which is set up to withstand particle loading by an oxide of the semiconductor material , Preferably, silica, in the flow of cleaning gas inside the device, when the cleaning gas is passed through the device to determine.

Bevorzugt ist es, wenn die Messeinrichtung in einem Bereich der Vorrichtung angebunden ist, der in Bezug auf eine Strömungsrichtung des Reinigungsgases vor einem unteren Ende eines Hitzeschilds liegt, welcher über dem Halbleitermaterial im Tiegel angeordnet ist und innerhalb welches der Einkristall zu ziehen ist. Zweckmäßigerweise ist die Messeinrichtung in einem Bereich eines Domes der Vorrichtung angebunden. Alternativ oder zusätzlich ist es bevorzugt ist die Messeinrichtung in einem Bereich der Vorrichtung angebunden, der in Bezug auf eine Strömungsrichtung des Reinigungsgases nach einem Hitzeschild liegt, welcher über dem Halbleitermaterial im Tiegel angeordnet ist und innerhalb welches der Einkristall zu ziehen ist, insbesondere an einem unteren Ende der Vorrichtung.It is preferred if the measuring device is connected in a region of the device which, with respect to a flow direction of the cleaning gas, lies in front of a lower end of a heat shield, which is arranged above the semiconductor material in the crucible and within which the monocrystal is to be drawn. Conveniently, the measuring device is connected in a region of a dome of the device. Alternatively or additionally, it is preferred that the measuring device is connected in a region of the device which, with respect to a flow direction of the cleaning gas, lies after a heat shield which is arranged above the semiconductor material in the crucible and within which the monocrystal is to be pulled, in particular at a lower one End of the device.

Vorzugsweist ist die Messeinrichtung weiterhin dazu eingerichtet, für die Ermittlung der Partikelbelastung Gas oder Gasgemisch aus der Vorrichtung zu entnehmen, und insbesondere anschließend wieder in die Vorrichtung zurückzuführen. Die Messeinrichtung weist vorzugsweise eine Messeinheit und eine Pumpe, insbesondere eine Vakuumpumpe, auf.Vorzugsweist the measuring device is further adapted to remove for determining the particle load gas or gas mixture from the device, and in particular subsequently returned to the device. The measuring device preferably has a measuring unit and a pump, in particular a vacuum pump.

Eine Anbindung der Messeinrichtung kann dabei durch geeignete Leitungen, insbesondere Vakuumleitungen, erfolgen. So kann beispielsweise die Messeinheit über eine Leitung an eine Öffnung in der Vorrichtung angebunden sein, die Pumpe kann dann über eine weitere Leitung an die Messeinheit angebunden sein. Wenn das entnommene Gas bzw. Gasgemisch anschließend wieder in die Vorrichtung geleitet werden soll, beispielsweise um eine etwaige Verunreinigung der Atmosphäre zu vermeiden, so kann die Pumpe dann wiederum an geeigneter Stelle an die Vorrichtung angebunden sein. Die Rückführung des Gases bzw. Gasgemisches kann dabei vorzugsweise in der Nähe der Stelle der Entnahme erfolgen, also insbesondere auch in den genannten Bereichen. Die Messeinrichtung muss demnach auch nicht an der Vorrichtung selbst angeordnet sein, obwohl dies selbstverständlich auch möglich ist.A connection of the measuring device can be done by suitable lines, in particular vacuum lines. For example, the measuring unit can be connected via a line to an opening in the device, the pump can then be connected via a further line to the measuring unit. If the withdrawn gas or gas mixture is then to be re-introduced into the device, for example in order to avoid any contamination of the atmosphere, then the pump can then be connected at a suitable point to the device again. The return of the gas or gas mixture can preferably take place in the vicinity of the point of removal, ie in particular in the said areas. Accordingly, the measuring device does not have to be arranged on the device itself, although of course this is also possible.

Besonders bevorzugt ist es, wenn der Tiegel der Vorrichtung wenigstens teilweise aus einem Nitrid des Halbleitermaterials besteht. It is particularly preferred if the crucible of the device at least partially consists of a nitride of the semiconductor material.

Die Vorrichtung kann zudem eine Recheneinheit oder ein Steuerungssystem umfassen, wobei die Vorrichtung dann vorzugsweise auch für die Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist. Auch kann eine erfindungsgemäße Vorrichtung für die Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden.The device may also include a computing unit or a control system, wherein the device is then preferably also set up for carrying out a method according to the invention. Also, a device according to the invention can be used for carrying out a method according to the invention.

Hinsichtlich der Vorteile und weiterer Ausgestaltungen der Vorrichtung sei zur Vermeidung von Wiederholungen auf obige Ausführungen zum Verfahren verwiesen, die hier entsprechend gelten.With regard to the advantages and further embodiments of the device reference is made to avoid repetition of the above statements to the method, which apply here accordingly.

Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Einkristall aus Silizium und eine von einem solchen Einkristall abgetrennte Halbleiterscheibe aus Silizium, wobei die Konzentration an interstitiellem Sauerstoff im Einkristall beziehungsweise in der Halbleiterscheibe weniger als 0,5 x 1017 Atome pro cm3, insbesondere weniger als 0,3 x 1017 Atome pro cm3 beträgt, und die Konzentration an Stickstoff mehr als 1 x 1016 Atome pro cm3. Die Bereichsangaben bezüglich der Konzentration an interstitiellem Sauerstoff sind Bereichsangaben gemäß „new ASTM“, diejenigen bezüglich der Konzentration an Stickstoff Bereichsangaben, die auf einer Messung mittels Tieftemperatur-FTIR in Kombination mit einer Kalibrierung mittels SIMS gemessener Proben beruhen. Die niedrige Konzentration an interstitiellem Sauerstoff resultiert durch die effektive Reduktion des Oxids in der Vorrichtung bzw. am Halbleitermaterial durch das vorgeschlagene Verfahren. Ein solcher Einkristall beziehungsweise eine davon abgetrennte Halbleiterscheibe ist besonders gut für die Verwendung in der Halbleiterindustrie geeignet. Die Halbleiterscheibe aus einkristallinem Silizium hat einen Durchmesser von nicht weniger als 200 mm, vorzugsweise einen Durchmesser von nicht weniger als 300 mm, besonders bevorzugt einen Durchmesser von 300 mm.The invention furthermore relates to a silicon monocrystal and a silicon wafer separated from such a monocrystal, the concentration of interstitial oxygen in the monocrystal or in the semiconductor wafer being less than 0.5 × 10 17 atoms per cm 3 , in particular less than 0, 3 x 10 17 atoms per cm 3 , and the concentration of nitrogen more than 1 x 10 16 atoms per cm 3 . Range indications for the concentration of interstitial oxygen are "new ASTM" ranges, those relating to the concentration of nitrogen Range data based on measurement by cryogenic FTIR in combination with calibration by SIMS-measured samples. The low concentration of interstitial oxygen results from the effective reduction of the oxide in the device or semiconductor material by the proposed method. Such a single crystal or a semiconductor wafer separated therefrom is particularly well suited for use in the semiconductor industry. The semiconductor wafer of monocrystalline silicon has a diameter of not less than 200 mm, preferably a diameter of not less than 300 mm, more preferably a diameter of 300 mm.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.The invention is illustrated schematically with reference to an embodiment in the drawing and will be described below with reference to the drawing.

Figurenlistelist of figures

  • 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung in bevorzugter Ausführungsform, mit der ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführbar ist. 1 shows schematically a device according to the invention in a preferred embodiment, with which a method according to the invention can be carried out.
  • 2 zeigt schematisch einen Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform. 2 schematically shows a sequence of a method according to the invention in a preferred embodiment.
  • 3 bis 6 zeigen schematisch anhand der Vorrichtung aus 1 das Ziehen eines Einkristalls. 3 to 6 show schematically using the device 1 the pulling of a single crystal.

In 1 ist schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung 100 in bevorzugter Ausführungsform dargestellt, die zum Ziehen eines Einkristalls dient. Mit dieser Vorrichtung 100 ist ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführbar, welches in bevorzugter Ausführungsform im Folgenden anhand der Vorrichtung 100 näher erläutert werden soll.In 1 is a schematic device of the invention 100 in a preferred embodiment, which serves to pull a single crystal. With this device 100 a process according to the invention can be carried out, which in a preferred embodiment is described below on the basis of the device 100 will be explained in more detail.

Hierzu ist in 2 schematisch ein zeitlicher Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt. Dazu sind eine Temperatur T des Tiegels bzw. des Halbleitermaterials und eine Partikelbelastung P durch Oxid in der Vorrichtung über der Zeit t dargestellt.This is in 2 schematically illustrates a time sequence of a method according to the invention in a preferred embodiment. These are a temperature T of the crucible or of the semiconductor material and a particle load P represented by oxide in the device over time t.

Im Folgenden sollen die 1 und 2 übergreifend beschrieben werden. In der Vorrichtung 100 ist ein Tiegel 130 angeordnet, in den festes Halbleitermaterial eingebracht werden kann. Im gezeigten Beispiel ist Halbleitermaterial mit dem Bezugszeichen 153 angedeutet und es handelt sich beispielsweise um Silizium, hier in Form vieler einzelner polykristalliner Stücke unterschiedlicher Größe. Auf der Oberfläche des Halbleitermaterials bzw. der einzelnen Stücke befindet sich ein Oxid des Halbleitermaterials, wie hier mit dem Bezugszeichen 154 angedeutet. Im Fall von Silizium als Halbleitermaterial handelt es sich dabei überwiegend um Siliziumdioxid, also SiO2, das sich durch die Reaktion mit dem Sauerstoff der Luft bildet.Below are the 1 and 2 be described across. In the device 100 is a crucible 130 arranged, can be introduced into the solid semiconductor material. In the example shown is semiconductor material by the reference numeral 153 indicated and it is, for example, silicon, here in the form of many individual polycrystalline pieces of different sizes. On the surface of the semiconductor material or the individual pieces is an oxide of the semiconductor material, as denoted here by the reference numeral 154 indicated. In the case of silicon as the semiconductor material, it is predominantly silicon dioxide, ie SiO 2 , which forms through the reaction with the oxygen of the air.

Dieses feste Halbleitermaterial kann dann später geschmolzen werden, sodass sich in dem Tiegel eine Schmelze ergibt, wie nachfolgend noch näher erläutert wird. Hierzu ist eine Heizvorrichtung 135 vorgesehen, die den Tiegel 130 umgibt und womit der Tiegel 130 aufgeheizt werden kann. Bei dieser Heizvorrichtung 135 kann es sich beispielsweise um eine Widerstandsheizung handeln.This solid semiconductor material can then be melted later, so that a melt results in the crucible, as will be explained in more detail below. This is a heater 135 provided the crucible 130 surrounds and with what the crucible 130 can be heated. In this heater 135 it may be, for example, a resistance heater.

Über dem Halbleitermaterial 153 und dem Tiegel 130 ist ein Hitzeschild angebracht, das dazu dienen kann, die später von der Schmelze abgegebene Wärme zurückzuhalten, um so den Energieverbrauch zu senken.Above the semiconductor material 153 and the crucible 130 a heat shield is attached, which can serve to retain the later heat released by the melt, so as to reduce energy consumption.

Aus der Schmelze kann dann später unter Verwendung einer Ziehvorrichtung 140 ein Einkristall gebildet werden, wie ebenfalls später noch näher erläutert wird. Für eine detailliertere Beschreibung des Ziehens des Kristalls sei auf die 3 bis 6 und die zugehörige Beschreibung verwiesen. From the melt can then later using a puller 140 a single crystal are formed, as will be explained in more detail later. For a more detailed description of the pulling of the crystal on the 3 to 6 and the related description.

Bevor das Halbleitermaterial geschmolzen wird, wird es im Rahmen der vorliegenden Erfindung nun jedoch zunächst nur auf eine solche Temperatur erhitzt, dass es noch nicht schmilzt. Hierzu kann ebenfalls die Heizvorrichtung 135 verwendet werden. In 2 ist dies mit der Temperatur T1 angedeutet, die beispielsweise 1200°C betragen kann. Bei dieser Temperatur geht das erwähnte Siliziumdioxid eine Reaktion mit Silizium ein und es entsteht Siliziumoxid, also SiO. Diese Reaktion setzt aller Erfahrung nach oberhalb von 930 °C ein. Das Siliziumoxid kann bei geeigneten Druckverhältnissen zunächst insbesondere gasförmig sein.However, in the context of the present invention, before the semiconductor material is melted, it is initially heated only to a temperature such that it does not yet melt. This can also be the heater 135 be used. In 2 this is indicated by the temperature T 1 , which may for example be 1200 ° C. At this temperature, the mentioned silicon dioxide enters into a reaction with silicon and silicon oxide, that is SiO, is formed. In all experience, this reaction starts above 930 ° C. The silicon oxide may initially be in particular gaseous under suitable pressure conditions.

Weiterhin ist mit A ein idealer Strom eines Reinigungsgases, vorzugsweise Argon, gezeigt, welches von oben nach unten durch die Vorrichtung 100 geleitet werden kann, wie dies eingangs erwähnt wurde. Der reale Strom des Reinigungsgases ist nicht rein laminar, wie mit A angedeutet, sondern er weist auch einen turbulenten Anteil auf, was mit C als Teil des Stroms B bezeichnet ist. Der reale Strom verhält sich also wie die mit den Bezugszeichen B und C bezeichneten Strömungen. Dabei durchströmt das Reinigungsgas auch das Halbleitermaterial 153, indem es durch die Räume zwischen den einzelnen Stücken fließt.Furthermore, with A an ideal flow of a purge gas, preferably argon, shown from top to bottom through the device 100 can be directed, as mentioned above. The real flow of cleaning gas is not purely laminar, as with A indicated, but he also has a turbulent share, which with C as part of the stream B is designated. The real current thus behaves like the reference numerals B and C designated currents. The cleaning gas also flows through the semiconductor material 153 by flowing through the spaces between the pieces.

Hierbei ist nun einerseits zu sehen, dass das Reinigungsgas, das zunächst durch eine angedeutete Öffnung von oben die Vorrichtung eingebracht werden kann, in Richtung des im Tiegel 130 befindlichen Halbleitermaterials 153 strömt, dann zwischen dem Halbleitermaterial 153 und dem unteren Ende des Hitzeschildes 120 hindurch bzw. auch zwischen den einzelnen Stücken des Halbleitermaterials 153 hindurch, aus dem Tiegel 130 heraus und durch eine angedeutete Öffnung unten wieder aus der Vorrichtung 100 austritt.On the one hand, it can now be seen that the cleaning gas, which can initially be introduced from above by means of an indicated opening, in the direction of the crucible 130 located semiconductor material 153 flows, then between the semiconductor material 153 and the lower end of the heat shield 120 through or between the individual pieces of the semiconductor material 153 through, out of the crucible 130 out and through an indicated opening down again out of the device 100 exit.

Zudem bildet sich ein turbulenter Strom C aus, der vor dem Halbleitermaterial 153 wieder nach oben steigt, sich im Dom 110 der Vorrichtung 100 ausbreitet und dann wieder mit dem von oben kommenden Anteil mit nach unten genommen wird.In addition, a turbulent stream is formed C out, in front of the semiconductor material 153 rises again, in the cathedral 110 the device 100 spread and then taken down again with the share coming from above.

Das gasförmige Siliziumoxid wird in der kälteren Umgebung des Doms 110 abgekühlt, sodass es in fester Form von Partikeln in dem in der Vorrichtung befindlichen Gas bzw. Gasgemisch vorliegt. In 2 ist eine Konzentration solchen Oxids in Form einer Partikelbelastung P dargestellt.The gaseous silica is in the colder environment of the dome 110 cooled so that it is in the solid form of particles in the device in the gas or gas mixture. In 2 is a concentration of such oxide in the form of a particle load P shown.

Es ist nun eine Messeinrichtung 160 vorgesehen, mittels welcher die Partikelbelastung in der Vorrichtung - und insbesondere im Bereich zwischen dem Halbleitermaterial 153 und dem unteren Ende des Hitzeschildes 120 - ermittelt werden kann. Hierzu sind eine Messeinheit 161 und eine Pumpe 162, insbesondere eine Vakuumpumpe, als Teil der Messeinrichtung derart über eine Leitung an eine (angedeutete) Öffnung der Vorrichtung 100 angebunden, dass durch Betrieb der Pumpe 162 Gas bzw. Gasgemisch aus dem Bereich der turbulenten Strömung C bzw. des Domes 110 heraus und durch die Messeinheit 161 gesaugt werden kann.It is now a measuring device 160 provided by means of which the particle load in the device - and in particular in the region between the semiconductor material 153 and the lower end of the heat shield 120 - can be determined. These are a measuring unit 161 and a pump 162 , in particular a vacuum pump, as part of the measuring device in such a way via a line to an (indicated) opening of the device 100 Tethered that by operating the pump 162 Gas or gas mixture from the region of the turbulent flow C or of the dome 110 out and through the measurement unit 161 can be sucked.

In der Messeinheit 161 kann nun die Partikelbelastung durch das Oxid, hier das Siliziumoxid, ermittelt werden. Das entnommene Gas bzw. Gasgemisch kann anschließend wieder durch eine geeignete Öffnung (wie angedeutet) in die Vorrichtung 100 zurückgeleitet werden, insbesondere in der Nähe der Entnahmestelle. Alternativ ist jedoch auch denkbar, das Gas bzw. Gasgemisch in die Atmosphäre abzugeben, wie mittels eines gestrichelten Pfeils angedeutet, bzw. in eine spezielle Abgasanlage zu führen.In the measuring unit 161 Now the particle load can be determined by the oxide, here the silicon oxide. The withdrawn gas or gas mixture can then again through a suitable opening (as indicated) in the device 100 be returned, especially near the sampling point. Alternatively, however, it is also conceivable to dispense the gas or gas mixture into the atmosphere, as indicated by means of a dashed arrow, or to lead into a special exhaust system.

Weiterhin ist eine (weitere) Messeinrichtung 170 mit einer Messeinheit 171 und einer Pumpe 172 gezeigt, die zum einen genauso ausgebildet sein kann und zum anderen auf die gleiche Weise an der Vorrichtung 100 angebunden sein kann wie die Messeinrichtung 160. Allerdings ist die Messeinrichtung 170 am unteren Ende der Vorrichtung angebunden anstatt am Dom. Diese Messeinrichtung 170 kann nun alternativ oder zusätzlich zu der Messeinrichtung 160 verwendet werden, wie dies eingangs bereits erläutert wurde.Furthermore, a (further) measuring device 170 with a measuring unit 171 and a pump 172 shown, which may be formed on the one hand as well as on the other in the same way on the device 100 connected as the measuring device 160 , However, the measuring device is 170 Tethered at the bottom of the device instead of at the cathedral. This measuring device 170 can now alternatively or additionally to the measuring device 160 can be used, as already explained above.

Es wird nun, während das Halbleitermaterial zumindest in etwa auf der Temperatur T1 gehalten wird, das Reinigungsgas durch die Vorrichtung geleitet und die Partikelbelastung wird kontinuierlich oder wiederholt, beispielsweise in vorgegebenen zeitlichen Abständen, ermittelt. Wie in 2 zu sehen, steigt die Partikelbelastung bis zu einem Maximalwert P1 und nimmt danach immer weiter ab. Die Partikelbelastung muss dabei nicht notwendigerweise linear abnehmen, wie dies hier vereinfacht dargestellt ist.It is now, while the semiconductor material is maintained at least approximately at the temperature T 1 , the cleaning gas passed through the device and the particle load is determined continuously or repeatedly, for example, at predetermined time intervals. As in 2 to see the particle load increases up to a maximum value P1 and then continues to decrease. The particle load does not necessarily have to decrease linearly, as shown here in simplified form.

Sobald nun die Partikelbelastung P einen vorgegebenen Wert, hier P2, unterschritten hat, wird die Temperatur erhöht, und das im Tiegel befindliche Halbleitermaterial aufgeschmolzen.As soon as the particle load P has fallen below a predetermined value, here P 2 , the temperature is raised and the semiconductor material in the crucible is melted.

Der Wert P2 kann hier beispielsweise zu P2 = 0,1·P1 gewählt werden, also zu 10% des höchsten gemessenen Wertes P1.The value P 2 can be selected here, for example, as P 2 = 0.1 · P 1 , ie at 10% of the highest measured value P 1 .

Weiterhin ist hier die Zeitdauer, die benötigt wird, um die Partikelbelastung unter den vorgegebenen Wert zu senken, mit Δt bezeichnet. Diese Zeitdauer kann ermittelt werden, sodass - wie erwähnt - für spätere Herstellungsvorgänge, sofern sich die übrigen Bedingungen nicht oder nicht wesentlichen ändern, die Partikelbelastung nicht mehr gemessen werden muss, sondern die Temperatur T1, während welcher dann auch das Reinigungsgas durch die Vorrichtung geleitet wird, eingehalten werden muss. Als Ausgangstemperatur zur Bestimmung der Zeitdauer Δt ist der Zeitpunkt des Erreichens der Temperatur T1 geeignet.Furthermore, here is the time period needed to control the particulate load among the to decrease predetermined value, denoted by Δt. This period of time can be determined so that - as mentioned - for later manufacturing operations, if the other conditions do not change or not essential, the particle load does not have to be measured, but the temperature T 1 , during which then also the cleaning gas passed through the device is, must be respected. The starting temperature for determining the time duration Δt is the time at which the temperature T 1 is reached .

In den 3 bis 6 ist die Vorrichtung 100 gemäß 1 erneut dargestellt (nur mit einer der beiden Messeinrichtungen), jedoch mit verschiedenen Phasen bzw. Stufen beim Ziehen des Einkristalls. Dieser Vorgang soll anhand dieser Figuren nachfolgend etwas näher erläutert werden.In the 3 to 6 is the device 100 according to 1 shown again (only with one of the two measuring devices), but with different phases or stages when pulling the single crystal. This process will be explained in more detail below with reference to these figures.

Wie erwähnt, kann das zunächst noch feste Halbleitermaterial, das sich im Tiegel 130 befindet, geschmolzen werden, um so die Schmelze 151 zu erhalten. Nun kann zunächst, unter Verwendung der Ziehvorrichtung 140, die ein geeignetes Seil oder dergleichen umfassen kann, ein kleiner Einkristall, ein sog. Impfling 152, in die Schmelze 151 eingebracht werden, wie in 3 gezeigt.As mentioned, the first still solid semiconductor material that is in the crucible 130 is melted, so the melt 151 to obtain. Well, first, using the puller 140 which may comprise a suitable rope or the like, a small single crystal, a so-called seedling 152 , in the melt 151 be introduced, as in 3 shown.

Anschließend kann der Impfling 152 wieder hochgezogen werden, und zwar vorzugsweise derart, dass sich am unteren Ende des Impflings ein sehr dünner Bereich ausbildet, wie in 4 gezeigt. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die Geschwindigkeit, mit welcher der Impfling 152 hochgezogen wird, kurzzeitig erhöht wird, sodass das flüssige Halbleitermaterial aus der Schmelze 152 bei der Kristallisation am Impfling 152 nur einen geringen Durchmesser erreicht.Subsequently, the vaccinee 152 be pulled up again, and preferably such that forms at the lower end of the seedling a very thin area, as in 4 shown. This can be achieved by the speed with which the vaccine 152 is pulled up, is briefly increased, so that the liquid semiconductor material from the melt 152 during crystallization at the seedling 152 only reached a small diameter.

Dann kann die Geschwindigkeit wieder reduziert werden, um den Einkristall 150 zu bilden. Hierzu wird zunächst ein sog. Anfangskonus gezogen bzw. gebildet, d.h. der Durchmesser des Einkristalls 150 wird zunächst größer, bis ein gewünschter Durchmesser von beispielsweise ca. 300 mm erreicht ist, wie dies in 5 zu sehen ist. Ab hier kann der Einkristall 150 dann mit im Wesentlichen konstanter Geschwindigkeit hochgezogen werden, bis eine gewünschte Länge bzw. Höhe erreicht ist. Es versteht sich, dass gewisse Korrekturen der Geschwindigkeit nötig sein können, um den Durchmesser möglichst konstant zu halten.Then the speed can be reduced again to the single crystal 150 to build. For this purpose, a so-called. Initial cone is first pulled or formed, ie, the diameter of the single crystal 150 is initially larger, until a desired diameter of, for example, about 300 mm is reached, as in 5 you can see. From here, the single crystal 150 then pulled up at a substantially constant speed until a desired length or height is reached. It is understood that certain speed corrections may be needed to keep the diameter as constant as possible.

Sowohl der Tiegel 130 als auch der Einkristall 150 können dabei bspw. auch rotiert werden. Die Rotationsrichtungen sind dabei in der Regel entgegengesetzt. Diese Rotation ist beispielsweise dazu vorgesehen, eine im Wesentlichen kreiszylindrische Form des Einkristalls zu erhalten.Both the crucible 130 as well as the single crystal 150 can also be rotated, for example. The directions of rotation are usually opposite. This rotation is for example intended to obtain a substantially circular cylindrical shape of the single crystal.

Nachdem der Einkristall 150 die gewünschte Länge bzw. Höhe erreicht hat, kann ein sog. Endkonus gebildet bzw. gezogen werden, wie dies in 6 gezeigt ist. Hierzu kann die Geschwindigkeit wieder erhöht werden. Nach Unterschreiten eines bestimmten Durchmessers kann der Einkristall dann entfernt werden und zur weiteren Bearbeitung weitergegeben werden.After the single crystal 150 has reached the desired length or height, a so-called. End cone can be formed or pulled, as shown in 6 is shown. For this purpose, the speed can be increased again. After falling below a certain diameter of the single crystal can then be removed and passed on for further processing.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • JP 2196082 A [0004]JP 2196082 A [0004]

Claims (19)

Verfahren zum Ziehen eines Einkristalls (150) unter Verwendung einer Vorrichtung (100), die zum Ziehen des Einkristalls (150) aus einer Schmelze (151) in einem Tiegel (130) der Vorrichtung (100) dient, wobei Halbleitermaterial (153), aus dem der Einkristall (150) gebildet werden soll, in fester Form in den Tiegel (130) eingebracht und dann auf eine Temperatur (T1) erhitzt wird, bei der das Halbleitermaterial (153) noch nicht schmilzt, dadurch gekennzeichnet, dass ein Reinigungsgas durch die Vorrichtung (100) geleitet und eine Partikelbelastung (P) durch ein Oxid des Halbleitermaterials im Strom (B, C) des Reinigungsgases im Inneren der Vorrichtung (100) wiederholt oder kontinuierlich ermittelt wird, wobei das Halbleitermaterial (153) geschmolzen und der Einkristall (150) aus der daraus gebildeten Schmelze (151) gezogen wird, wenn die Partikelbelastung einen vorgegebenen Wert (P2) unterschritten hat.A method of pulling a single crystal (150) using a device (100) for pulling the single crystal (150) from a melt (151) in a crucible (130) of the device (100), wherein semiconductor material (153), in which the monocrystal (150) is to be formed, introduced into the crucible (130) in solid form and then heated to a temperature (T 1 ) at which the semiconductor material (153) is not yet melting, characterized in that a cleaning gas passes through the apparatus (100) is passed and a particle load (P) is repeatedly or continuously determined by an oxide of the semiconductor material in the stream (B, C) of the cleaning gas inside the apparatus (100), the semiconductor material (153) being melted and the monocrystal ( 150) is drawn from the melt (151) formed therefrom, if the particle load has fallen below a predetermined value (P 2 ). Verfahren nach Anspruch 1, wobei als der vorgegebene Wert (P2) ein relativer Anteil an einem maximalen in der Vorrichtung messbaren oder gemessenen Wert (P1) der Partikelbelastung (P) verwendet wird, wobei der Anteil bevorzugt 20% oder weniger, besonders bevorzugt, 15% oder weniger, weiter bevorzugt 10% beträgt.Method according to Claim 1 wherein as the predetermined value (P 2 ), a relative proportion of a maximum measurable or measured in the device (P 1 ) of the particle load (P) is used, wherein the proportion is preferably 20% or less, more preferably, 15% or less, more preferably 10%. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei als Halbleitermaterial (153) Silizium verwendet wird, und wobei die Partikelbelastung durch Siliziumoxid als das Oxid ermittelt wird.Method according to Claim 1 or 2 wherein silicon is used as the semiconductor material (153), and wherein the particle load is determined by silicon oxide as the oxide. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Halbleitermaterial (153) in dem Tiegel (130) auf eine Temperatur (T1) zwischen 930°C und 1400°C, vorzugsweise zwischen 1000°C und 1250°C, erhitzt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the semiconductor material (153) in the crucible (130) to a temperature (T 1 ) between 930 ° C and 1400 ° C, preferably between 1000 ° C and 1250 ° C, heated. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Partikelbelastung (P) in Gas oder einem Gasgemisch in einem Bereich der Vorrichtung (100), in dem eine turbulente Strömung (C) des Reinigungsgases vorliegt, und/oder in einem Bereich eines Domes (110) der Vorrichtung (100) ermittelt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the particle load (P) in gas or a gas mixture in an area of the device (100), in which a turbulent flow (C) of the cleaning gas is present, and / or in a region of a dome (110) the device (100) is determined. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Partikelbelastung (P) in Gas oder einem Gasgemisch in einem Bereich der Vorrichtung (100) ermittelt wird, der in Bezug auf eine Strömungsrichtung des Reinigungsgases vor einem unteren Ende eines Hitzeschilds (120) liegt, welcher über dem Halbleitermaterial (153) im Tiegel (130) angeordnet ist und innerhalb welches der Einkristall (150) zu ziehen ist.Method according to one of the preceding claims, wherein the particle load (P) in gas or a gas mixture in a region of the device (100) is determined, which lies with respect to a flow direction of the cleaning gas in front of a lower end of a heat shield (120), which the semiconductor material (153) is arranged in the crucible (130) and within which the monocrystal (150) is to be drawn. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Partikelbelastung (P) in Gas oder einem Gasgemisch in einem Bereich der Vorrichtung (100) ermittelt wird, der in Bezug auf eine Strömungsrichtung des Reinigungsgases nach einem Hitzeschild (120) liegt, welcher über dem Halbleitermaterial (153) im Tiegel (130) angeordnet ist und innerhalb welches der Einkristall (150) zu ziehen ist, insbesondere an einem unteren Ende der Vorrichtung (100).Method according to one of the preceding claims, wherein the particle load (P) in gas or a gas mixture in a region of the device (100) is determined, which lies with respect to a flow direction of the cleaning gas after a heat shield (120) which over the semiconductor material ( 153) is arranged in the crucible (130) and within which the monocrystal (150) is to be drawn, in particular at a lower end of the device (100). Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei für die Ermittlung der Partikelbelastung (P) Gas oder Gasgemisch aus der Vorrichtung (100) entnommen wird, das insbesondere anschließend wieder in die Vorrichtung (100) zurückgeführt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein for the determination of the particle load (P) gas or gas mixture from the device (100) is removed, which is in particular subsequently returned to the device (100). Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Partikelbelastung (P) bei wenigstens teilweise evakuierter Vorrichtung (100) ermittelt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the particle load (P) in at least partially evacuated device (100) is determined. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein Tiegel (130) verwendet wird, der wenigstens teilweise aus einem Nitrid des Halbleitermaterials besteht.A method according to any one of the preceding claims, wherein a crucible (130) is used which consists at least partially of a nitride of the semiconductor material. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Zeitdauer (Δt), die benötigt wird, bis die Partikelbelastung den vorgegebenen Wert (P2) unterschritten hat, ermittelt wird, und wobei in wenigstens einem nachfolgenden Vorgang, bei dem das Halbleitermaterial (153) auf die Temperatur (T1) erhitzt wird, das Reinigungsgas für die ermittelte Zeitdauer (Δt) ohne Ermittlung der Partikelbelastung durch die Vorrichtung (100) geleitet wird.Method according to one of the preceding claims, wherein a time duration (Δt), which is required until the particle load has fallen below the predetermined value (P 2 ), is determined, and wherein in at least one subsequent process, in which the semiconductor material (153) the temperature (T 1 ) is heated, the cleaning gas for the determined period of time (.DELTA.t) is passed through the device (100) without determining the particle load. Vorrichtung (100) zum Ziehen eines Einkristalls (150) aus einer in einem Tiegel (130) der Vorrichtung (100) vorhaltbaren Schmelze (151), die dazu eingerichtet ist, dass Halbleitermaterial (153), aus dem der Einkristall (150) gebildet werden soll, das in fester Form in den Tiegel (130) einbringbar ist, auf eine Temperatur (T1) erhitzt wird, bei der das Halbleitermaterial (153) noch nicht schmilzt, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (100) weiterhin dazu eingerichtet ist, dass ein Reinigungsgas durch die Vorrichtung (100) leitbar ist, bevor das Halbleitermaterial (153) geschmolzen und mit dem Ziehen des Einkristalls (150) begonnen wird, wobei eine Messeinrichtung (160, 170) vorgesehen ist, die dazu eingerichtet ist, eine Partikelbelastung (P) durch ein Oxid des Halbleitermaterials im Strom (B, C) des Reinigungsgases im Inneren der Vorrichtung (100), wenn das Reinigungsgas durch die Vorrichtung (100) geleitet wird, zu ermitteln.A device (100) for pulling a single crystal (150) from a melt (151) which can be pre-stored in a crucible (130) of the device (100) and which is adapted to form semiconductor material (153) from which the monocrystal (150) is formed is heated to a temperature (T 1 ) at which the semiconductor material (153) is not yet melting, characterized in that the device (100) is further adapted to in that a cleaning gas can be conducted through the device (100) before the semiconductor material (153) is melted and the pulling of the single crystal (150) is started, wherein a measuring device (160, 170) is provided which is adapted to P) by an oxide of the semiconductor material in the stream (B, C) of the cleaning gas inside the device (100), when the cleaning gas is passed through the device (100) to determine. Vorrichtung (100) nach Anspruch 12, wobei die Messeinrichtung (160, 170) dazu eingerichtet ist, eine Partikelbelastung (P) durch Siliziumoxid zu ermitteln.Device (100) according to Claim 12 , wherein the measuring device (160, 170) is adapted to determine a particle load (P) by silicon oxide. Vorrichtung (100) nach Anspruch 12 oder 13, wobei die Messeinrichtung (160) in einem Bereich eines Domes der Vorrichtung (100), und/oder (160) in einem Bereich der Vorrichtung (100) angebunden ist, der in Bezug auf eine Strömungsrichtung des Reinigungsgases vor einem unteren Ende eines Hitzeschilds (120), welcher über dem Halbleitermaterial (153) im Tiegel (130) angeordnet ist und innerhalb welches der Einkristall (150) zu ziehen ist, und/oder nach dem Hitzeschild (120) liegt. Device (100) according to Claim 12 or 13 wherein the measuring device (160) is connected in a region of a dome of the device (100), and / or (160) in a region of the device (100) which is in front of a lower end of a heat shield (FIG. 120) disposed over the semiconductor material (153) in the crucible (130) and within which the monocrystal (150) is to be drawn and / or after the heat shield (120). Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei die Messeinrichtung (160, 170) weiterhin dazu eingerichtet ist, für die Ermittlung der Partikelbelastung (P) Gas oder Gasgemisch aus der Vorrichtung (100) zu entnehmen, und insbesondere anschließend wieder in die Vorrichtung (100) zurückzuführen.Device (100) according to one of Claims 12 to 14 , wherein the measuring device (160, 170) is further adapted to remove for the determination of the particle load (P) gas or gas mixture from the device (100), and in particular subsequently returned to the device (100). Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei die Messeinrichtung (160, 170) eine Messeinheit (161, 171) und eine Pumpe (162, 172), insbesondere eine Vakuumpumpe, aufweist.Device (100) according to one of Claims 12 to 15 , wherein the measuring device (160, 170) has a measuring unit (161, 171) and a pump (162, 172), in particular a vacuum pump. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 12 bis 16, wobei der Tiegel (30) wenigstens teilweise aus einem Nitrid des Halbleitermaterials besteht.Device (100) according to one of Claims 12 to 16 wherein the crucible (30) at least partially consists of a nitride of the semiconductor material. Einkristall (150) aus Silizium, der eine Konzentration an interstitiellem Sauerstoff von weniger als 0,5 x 1017 Atome pro cm aufweist, und eine Konzentration an Stickstoff von mehr als 1 x 1016 Atome pro cm3.A single crystal (150) of silicon having a concentration of interstitial oxygen of less than 0.5 x 10 17 atoms per cm and a concentration of nitrogen of more than 1 x 10 16 atoms per cm 3 . Halbleiterscheibe aus einkristallinem Silizium, die eine Konzentration an interstitiellem Sauerstoff von weniger als 0,5 × 1017 Atome pro cm3 aufweist, und eine Konzentration an Stickstoff von mehr als 1 × 1016 Atome pro cm3.A monocrystalline silicon wafer having a concentration of interstitial oxygen of less than 0.5 × 10 17 atoms per cm 3 and a concentration of nitrogen of more than 1 × 10 16 atoms / cm 3 .
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