DE112005000300B4

DE112005000300B4 - Verfahren zum Herstellen eines Einkristall-Halbleiters

Info

Publication number: DE112005000300B4
Application number: DE112005000300.0T
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Inagaki; Masahiro Shibata; Shigeki Kawashima; Nobuyuki Fukuda
Original assignee: Sumco Techxiv Corp
Current assignee: Sumco Techxiv Corp
Priority date: 2004-02-09
Filing date: 2005-02-09
Publication date: 2016-12-15
Anticipated expiration: 2025-02-10
Also published as: US20070157871A1; WO2005075714A1; JPWO2005075714A1; DE112005000300T5; TWI301858B; TW200526820A; US7396406B2; JP4780705B2

Abstract

Einkristall-Halbleiterherstellverfahren zum Herstellen eines Einkristall-Halbleiters, wobei eine Schmelze (5) in einem Schmelztiegel (3) durch ein Seitenheizgerät (9, 9a) und ein Bodenheizgerät (19, 9b) erwärmt wird, ein mit einer Verunreinigung versehener Impfkristall mit der Schmelze (5) in Kontakt gebracht wird, der Impfkristalls (14) aufgezogen wird, und die Leistungen des Seitenheizgeräts (9, 9a) und des Bodenheizgeräts (19, 9b) gesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn der Impfkristall (14) mit der Schmelze (5) in Kontakt gebracht wird, die der Schmelze (5) zugeführte Wärmemenge gesteuert wird durch Einstellen der elektrischen Leistung, die dem Seitenheizgerät (9, 9a) und dem Bodenheizgerät (19, 9b), die entlang der Vertikalen des Schmelztiegels angeordnet sind, zugeführt wird, während ein Magnetfeld von 0,15 Tesla (= 1500 Gauss) oder größer auf die Schmelze (5) in einer horizontalen Richtung derart aufgebracht wird, dass die Temperaturdifferenz zwischen dem Impfkristall (14) und der Schmelze (5) nicht größer wird als eine keinen Versatz in dem Impfkristall bewirkende zulässige Temperaturdifferenz, wobei die zulässige Temperaturdifferenz 100°C beträgt, und bezüglich der elektrischen Leistung, die dem Bodenheizgerät (19, 9b) zugeführt wird, die elektrische Leistung wenn der Impfkristall (14) mit der Schmelze (5) in Kontakt kommt, und die elektrische Leistung, wenn der Impfkristall (14) aufgezogen wird, unverändert bleiben.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines schweren Einkristall-Halbleiters mit großem Durchmesser ohne Versetzungen bei der Herstellung des Einkristall-Halbleiters, etwa eines Einkristall-Siliziums durch ein CZ-Verfahren (Czochralski-Verfahren).
STAND DER TECHNIK
Das CZ-Verfahren ist eines der Verfahren zum Herstellen eines Einkristall-Siliziums.
Eines der unerwünschten Probleme bei dem Züchten des Einkristall-Siliziums durch das CZ-Verfahren ist der „Versatz”, der an der Flüssig/Fest-Grenzfläche eines Impfkristalls auftritt, wenn der Impfkristall in Kontakt mit einer Schmelze kommt. Dieser Versatz wird durch in den Impfkristall induzierte thermische Belastung erzeugt, wenn der Impfkristall in Berührung mit der Schmelze kommt.
Um den Versatz in dem Kristall zu eliminieren, ist ein sogenannter „Dash-neck” erforderlich, um einen Kristalldurchmesser von 3–4 mm zu erreichen. 4 zeigt einen Zustand, in dem ein Dash-neck Abschnitt 21 mit einem Kristalldurchmesser von 3–4 mm gebildet ist, um einen Versatz in dem Kristall zu vermeiden.
Es besteht ein Bedarf an der Herstellung von Siliziumwafern mit großem Durchmesser, wobei dieser Durchmesser 300 mm oder mehr beträgt, und es ist erforderlich, dass eine Einkristall-Silizium-Kristallsäule mit einem großen Durchmesser ohne Probleme gezogen werden kann. Wenn der Neckabschnitt auf einen Durchmesser von etwa 3–4 mm durch den Einschnürvorgang verringert wird, wird der Versatz vermieden, aber der Durchmesser ist so gering, dass es möglicherweise unmöglich ist, eine schwere Einkristall-Silizium Kristallsäule mit großem Durchmesser zu schaffen, ohne dass ein Problem wie das Zerfallen des Kristalls oder dergleichen auftritt.
(Stand der Technik)
Die Patentliteratur 1, die später angegeben werden wird, beschreibt eine Erfindung, die ein Silizium-Impfkristall verwendet, dem Bor B als eine Verunreinigung mit hoher Konzentration beigegeben wird und einen schweren Einkristall-Silizium-Kristallsäule mit großem Durchmesser in einem versatzfreien Zustand ohne Durchführung des Einschnürungsvorgangs heraufzieht.
Ein Parameter zum Unterdrücken des in dem Impfkristall verursachten Versatzes ist nicht auf eine Konzentration der Verunreinigung (Boron B), die dem Impfkristall zugeführt ist, beschränkt.
Patentliteratur 1:

Japanische Offenlegungsschrift 2001-240493

Die WO 2004/007 814 A1 offenbart ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Aus der JP H09-249 492 A ergibt sich ein Verfahren zum Aufziehen eines Impfkristalls, der mit Boron dotiert ist, ohne dass ein Einschnürvorgang erfolgt.
Aus der JP 2003-002 782 A ergibt sich das Vorsehen von mehreren Heizgeräten und das Anlegen eines Magnetfeldes bei einem Verfahren zur Herstellung eines Einkristall-Halbleiters.
Aus der DE 103 92 918 T5 ergibt sich ebenfalls das Anlegen eines Magnetfeldes bei einem Verfahren zur Herstellung eines Einkristall-Halbleiters.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Probleme, die durch die Erfindung gelöst werden sollen
Die vorliegende Erfindung hat einen neuen Parameter zum Unterdrücken des Versatzes der in dem Impfkristall verursacht wird, geschaffen, und schafft einen einfachen Weg zum Züchten eines Einkristalls in einem versatzfreien Zustand ohne Durchführen des Einschnürvorgangs.
Mittel zum Lösen des Problems
Die vorliegende Erfindung liefert ein Einkristall-Halbleiterherstellungsverfahren zum Herstellen eines Einkristall-Halbleiters, wobei eine Schmelze in einem Schmelztiegel durch ein Seitenheizgerät und ein Bodenheizgerät erwärmt wird, ein mit einer Verunreinigung versehener Impfkristall mit der Schmelze in Kontakt gebracht wird, der Impfkristalls aufgezogen wird, und die Leistungen des Seitenheizgeräts und des Bodenheizgeräts gesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn
der Impfkristall mit der Schmelze in Kontakt gebracht wird, die der Schmelze zugeführte Wärmemenge gesteuert wird durch Einstellen der elektrischen Leistung, die dem Seitenheizgerät und dem Bodenheizgerät, die entlang der Vertikalen des Schmelztiegels angeordnet sind, zugeführt wird, während ein Magnetfeld von 0,15 Tesla (= 1500 Gauss) oder größer auf die Schmelze in einer horizontalen Richtung derart aufgebracht wird, dass die Temperaturdifferenz zwischen dem Impfkristall und der Schmelze nicht größer wird als eine keinen Versatz in dem Impfkristall bewirkende zulässige Temperaturdifferenz, wobei die zulässige Temperaturdifferenz 100°C beträgt, und
bezüglich der elektrischen Leistung, die dem Bodenheizgerät zugeführt wird, die elektrische Leistung wenn der Impfkristall mit der Schmelz in Kontakt kommt, und die elektrische Leistung, wenn der Impfkristall aufgezogen wird, unverändert bleiben.
Vorteilhafterweise wird die zulässige Temperaturdifferenz, die keinen Versatz in dem Impfkristall verursacht, entsprechend der Konzentration, der Verunreinigung, die dem Impfkristall zugegeben ist, und der Größe des Impfkristalls bestimmt.
Es kann die Verwendung eines Impfkristalls mit einem Durchmesser von 7 mm mit einer Verunreinigung, beispielsweise Bor B von 5e18 Atomen/cm² vorgesehen sein. Wie in 3 gezeigt ist, wird die zulässige Temperaturdifferenz ΔTc (zulässige Temperaturdifferenz ΔTc von 100°C), die keine Verlagerung in dem Impfkristall verursacht, auf der Grundlage einer Konzentration der Verunreinigung, die dem Impfkristall 14 zugegeben ist, und einer Größe (Durchmesser D) des Impfkristalls 14, bestimmt.
Wenn der Impfkristall 14 in Berührung mit einer Schmelze 5 kommt, wird die elektrische Leistung des am Boden angeordnete Heizgerät 19 auf 35 kW festgelegt und ein Magnetfeld (horizontales Magnetfeld) mit einer magnetischen Feldstärke von 0,3 Tesla (= 3000 Gauss) wird auf die Schmelze 5 von einem Magnet 20 aufgebracht. Die elektrische Leistung, mit der das Heizgerät 9 beaufschlagt wird, wird durch ein Steuersystem mit einem geschlossenen Regelkreis gesteuert, so dass die Oberfläche der Schmelze 5, mit der der Impfkristall 14 in Berührung kommt, eine Zieltemperatur hat, (beispielsweise 1340°C). Die elektrische Leistung (kW), mit der das Bodenheizgerät 19 beaufschlagt wird, und die elektrische Leistung (kW), die auf das Hauptheizgerät aufgebracht wird, betragen 53 (kW) und 112 (kW) Test 4 von 4 und die Temperaturdifferenz ΔT zwischen dem Einkristall 14 und der Schmelze 5 dann, wenn sie in Berührung sind, hat einen Wert (92,2°C), der nicht größer ist als die zulässige Temperaturdifferenz ΔTc (100°C). Infolgedessen wird die Erzeugung eines Versatzes in dem Impfkristall 14 verhindert. Nachdem der Impfkristall 14 mit der Schmelze 5 in Berührung gekommen ist, wird das Einkristall-Silizium nach oben gezogen ohne Durchführung des Einschnürvorgangs.
Nachdem der Impfkristall mit der Schmelze in Berührung gekommen ist, wird die elektrische Leistung, mit der die Hauptheizeinrichtung 9 beaufschlagt wird, derart gesteuert, dass die elektrische Leistung (kW), die auf das Bodenheizgerät 19 aufgebracht wird, auf derselben Leistung 39 (kW) eingestellt, die aufgebracht worden ist, wenn das Berühren mit der Schmelze und eine Temperatur der Schmelze 5 die Zieltemperatur erreicht, bei der das Einkristall-Silizium nach oben gezogen wird. Das Magnetfeld mit einer Magnetfeldstärke von 0,3 Tesla (= 3000 Gauss) wird kontinuierlich auf die Schmelze 5 aufgebracht.
Infolgedessen wächst ein versatzfreies Einkristall-Silizium ohne Durchführen eines Einschnürvorgangs.
Es wurde beschrieben, dass die vorliegende Erfindung einen anderen Parameter als die Konstellation der Verunreinigungen des Impfkristalls zum Unterdrücken eines Versatzes, der in dem Impfkristall verursacht werden könnte, festgestellt hat. Es ist so möglich, in einfacher Weise einen versatzfreien Zustand ohne Durchführung des Einschnürvorgangs nach oben zu ziehen.
Das Einkristall-Silizium, das nach oben gezogen wird, ist, mit anderen Worten, frei von einer Versetzung bei einer auf das Bodenheizgerät 19 aufgebrachten elektrischen Leistung, die nicht variabel ist, wenn oder nachdem der Impfkristall mit der Schmelze in Berührung kommt, so dass die Arbeit zum Einstellen des Heizgeräts vereinfacht wird und die Belastung des Operators reduziert wird. Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird bewirkt, dass das nach oben zu ziehende Einkristall-Silizium frei von einer Versetzung ist mit einer Leistung, mit der das Bodenheizgerät 19 beaufschlagt wird, auf einem hohen Wert (35 kW) mit dem vorgegebenen Pegel oder mehr, wenn und nachdem der Impfkristall mit der Schmelze in Berührung kommt, so dass das Einkristall-Silizium, das nach oben gezogen wird, daran gehindert wird, einen großen Durchmesser zu haben durch Erhöhen der elektrischen Leistung, die auf das Bodengerät 19 aufgebracht wird, nachdem der Impfkristall mit der Schmelze in Berührung ist.
Nach der vorliegenden Erfindung wird ein Einkristall-Silizium geschaffen, das nach oben gezogen wird und frei von einem Versatz ist, wobei die auf die Bodenheizeinrichtung aufgebrachte elektrische Leistung nicht variabel ist wenn, oder nachdem der Impfkristall mit der Schmelze in Berührung gekommen ist, so dass die Arbeit zur Einstellung der Heizeinrichtung einfach ist und die Belastung des Operators reduziert ist.
Nach der vorliegenden Erfindung ist die Dash-Einschnürung nicht erforderlich, so dass das Verfahren unmittelbar nachdem der Impfkristall mit der Schmelze in Berührung gekommen ist, das Verfahren in den sogenannten Schulterbildungsvorgang, bei dem der Kristall nach oben gezogen wird unter gradueller Vergrößerung des Durchmessers übergeführt werden kann, oder einem Kristallzunahmeabschnitt 22 (beispielsweise eine Länge von 50 mm) kann nach oben gezogen werden mit einem im wesentlichen festen Durchmesser nach dem Kontakt mit der Schmelze wie in 8 gezeigt und das Verfahren kann nach dem Prüfen, dass die Schmelztemperatur geeignet ist, in den Schulterbildungsprozess übergehen.
KURZE ERLÄUTERUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Diagramm, das eine Vorrichtung zum Nachobenziehen eines Einkristalls nach einem ersten Ausführungsbeispiel wiedergibt,
2 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen der Temperaturdifferenz zwischen einem Impfkristall und einer Schmelze und einer maximalen aufgelösten Scherspannung wiedergibt,
3 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen dem Impfkristalldurchmesser, der Verunreinigungskonzentration in dem Impfkristall und der zulässigen Temperaturdifferenz wiedergibt,
4 ist eine Tabelle, die Ergebnisse eines Experiments zeigt, das durchgeführt worden ist, um Fälle mit und ohne der Aufbringung eines magnetischen Feldes auf eine Schmelze durchgeführt worden ist,
5 ist ein Diagramm, das eine Vorrichtung zum Nachobenziehen eines Einkristalls wiedergibt, die unterschiedlich ist von derjenigen, die in 1 gezeigt ist,
6 ist eine Tabelle, die die Beziehung zwischen verschiedenen Elementen, die einem Impfkristall zugefügt worden sind und einen Konzentrationsbereich, in dem ein thermischer Schockversatz nicht verursacht wird, zeigt,
7 ist ein Diagramm, das einen Dash-Einschnürungsabschnitt zeigt, und
8 ist ein Diagramm, das einen Kristallzüchtungsabschnitt nach Berühren mit der Schmelze zeigt.
BESTE ART UND WEISE DER AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Die Vorrichtung eines Ausführungsbeispiels wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. erläutert.
1 ist ein Diagramm, das eine Seitenansicht eines Aufbaus, der im Rahmen eines Ausführungsbeispiels verwendet wird.
Wie in 1 gezeigt ist, hat eine Vorrichtung 1 zum Aufziehen eines Einkristalls nach einem Ausführungsbeispiel, wie in 1 gezeigt ist, einen CZ-Ofen (Kammer 2) als Einkristall-Aufziehkessel.
Die Einkristall-Aufziehvorrichtung 1 nach der 1 ist eine Vorrichtung, die zum Herstellen einer schweren Silizium-Einkristallsäule mit großem Durchmesser (beispielsweise einem Durchmesser von 300 mm) geeignet ist.
Der CZ-Ofen 2 hat einen Quarztiegel 3 zum Schmelzen von Polykristallsiliziummaterial und zum Aufnehmen einer Schmelze 5. Etwa 300 kg von polykristallinem Silizium ist in den Quarztiegel 3 eingefüllt, um Einkristall-Silizium mit einem Durchmesser von 300 mm nach oben zu ziehen. Das Äußere des Quarztiegels 3 ist mit einem Graphittiegel 11 bedeckt. Ein zylindrisches Hauptheizgerät 9 ist außerhalb des Quarztiegels 3 angeordnet, um seine Seitenwand zu geben und erwärmt die Schmelze des polykristallinen Siliziummaterials in dem Quartziegel 3. Ein ringförmiges Bodenheizgerät ist an dem Boden des Quarztiegels 3 angeordnet, um unterstützend den Boden des Quarztiegels zu beheizen, um die Schmelze daran zu hindern, an dem Boden des Quarztiegels 3 zu erstarren. Die Hauptheizeinrichtung 3 und das Bodenheizgerät in Richtung 19 werden unabhängig voneinander in ihrem Ausgang (Leistung: kW) gesteuert, um unabhängig einen Betrag an Wärme einzustellen, die der Schmelze 5 zugeführt wird. Beispielsweise wird die Temperatur der Schmelze 5 detektiert, die detektierte Temperatur wird als Rückkopplungsmenge bestimmt und individuelle Wärmeabgaben des Hauptheizgeräts 9 und des Bodenheizgeräts 19 werden derart gesteuert, dass die Temperatur der Schmelze 5 die Zieltemperatur erreicht.
Die Schmelze 5 wird in diesem Ausführungsbeispiel von außen mittels der Heizgeräte 9, 19 beheizt, die Heizmittel sind jedoch nicht auf diese Heizgeräte begrenzt, jede Art von Heizmittel kann verwendet werden. Beispielsweise kann ein Verfahren der elektromagnetischen Heizung oder ein Beheizen durch Laserstrahlung verwendet werden.
Eine Wärmeerhaltröhre 13 ist zwischen dem Hauptheizgerät 9 und der Innenwand des CZ-Ofens 2 angeordnet.
Ein Aufziehmechanismus 4 ist oberhalb des Quarztiegels 3 angeordnet. Der Aufziehmechanismus 4 weist einen Aufziehschaft 4a und ein Impffutter 4c an einem Ende des Aufziehschafts 4a auf. Der Impfkristall 14 wird von dem Impffutter 4c gehalten. Der Aufziehschaft 4 ist hier beispielsweise ein Schaft oder ein Draht und der Schaft wird zum Aufziehen verwendet oder der Draht wird zum Aufwickeln verwendet.
Polykristallines Silizium (Si) wird zum Schmelzen in dem Schmelztiegel 3 erwärmt. Wenn die Temperatur in der Schmelze 5 sich stabilisiert, zieht der Aufziehmechanismus 4 ein Einkristall-Silizium (eine Siliziumeinkristallsäule) aus der Schmelze 5. Der Aufziehschaft 4a wird, mit anderen Worten, gesenkt und der Impfkristall 14, der von dem Impffutter 4c an dem Ende des Aufziehschafts 4a gehalten wird, wird in die Schmelze 5 eingetaucht. Nachdem der Impfkristall 14 in die Schmelze 5 eingetaucht ist, hebt sich der Aufziehschaft 4a an. Das Einkristall-Silizium wachst, während der Impfkristall 14, der von dem Impffutter 4c gehalten wird, aufgezogen wird. Der Quarztiegel 3, der aufgezogen wird, wird durch einen Rotationsschaft 10 mit einer Rotationsgeschwindigkeit ω1 aufgezogen. Der Aufziehschaft 4a des Aufziehmechanismus 4 wird in einer entgegengesetzten Richtung zu oder derselben wie die der Rotationswelle 10 mit einer Rotationsgeschwindigkeit ω2 gedreht.
Die Rotationswelle 10 kann auch in einer vertikalen Richtung betrieben werden und der Quarztiegel 3 kann vertikal in eine gewünschte Position bewegt werden.
Das Innere des CZ-Ofens 2 wird gegenüber Außenluft abgedichtet, so dass das Innere des Ofens 2 unter Unterdruck gehalten wird (beispielsweise etwa 20 Torr). Argongas 7 wird, mit anderen Worten, als Inertgas in den CZ-Ofen eingeführt und durch einen Auslassanschluss des CZ-Ofens 2 durch eine Pumpe abgeführt. Das Innere des Ofens 2 wird so auf einen vorgegebenen Druck abgesenkt.
Verschiedene Arten von verdampften Materialien werden in dem CZ-Ofen 2 während des Aufziehvorgangs des Einkristalls erzeugt (ein Batch). Entsprechend wird das Argongas 7 in den CZ-Ofen 2 eingeführt und gemeinsam mit den verdampfenden Materialien aus dem CZ-Ofen 2 abgeführt, um den CZ-Ofen 2 durch Entfernen der verdampften Materialien zu reinigen. Eine Zufuhrflussrate des Argongases 7 wird für jeden Schritt in einem Batch eingestellt.
Die Schmelze 5 verringert sich, wenn das Einkristall-Silizium aufgezogen wird. Wenn die Schmelze 5 abnimmt, ändert sich der Kontaktbereich zwischen der Schmelze 5 und dem Quarztiegel 3 und die Menge des gelösten Sauerstoffs von dem Quarztiegel 3 ändert sich. Diese Änderung hat einen Effekt auf die Sauerstoffkonzentrationsverteilung in dem Einkristall-Silizium, das aufgezogen wird. Um dies zu vermeiden, kann das polykristalline Siliziummaterial oder das Einkristall-Siliziummaterial weiter in den Quarztiegel 3 eingeführt werden, der die verringernde Schmelze 5 vor oder während des Aufziehens hat.
Eine thermische Abschirmplatte 8 (Gas ausrichtendes Rohr) mit einer umgekehrten Kegelform ist oberhalb des Quarztiegels 3 und um das Einkristall-Silizium angeordnet. Die thermische Abschirmplatte 3 wird durch das Wärmerückhalterohr 13 gestützt. Die thermische Abschirmplatte 8 führt das Argongas 7 als Trägergas, das von oben in den CZ-Ofen 2 in die Mitte der Schmelzfläche 5a und den peripheren Rand der Schmelzfläche 5a durch die Schmelzfläche 5a geführt wird. Das Argongas 7 wird gemeinsam mit dem Gas, das von der Schmelze 5 verdampft wird, durch einen Ausgangsanschluss abgeführt, das an dem unteren Teil des CZ-Ofens 2 ausgebildet ist. Eine Gasflussrate der Schmelzfläche kann stabilisiert werden und verdampfter Sauerstoff der Schmelze 5 kann in einem stabilen Zustand gehalten werden.
Die thermische Abschirmplatte isoliert und schirmt den Impfkristall 14 und das Einkristall-Silizium, das von dem Impfkristall 14 gewachsen ist, von der Strahlungshitze, die von den Hochtemperaturabschnitten wie dem Quarztiegel 3, der Schmelze 5 und dem Hauptheizgerät 9 erzeugt wird, ab. Die thermische Abschirmplatte 8 schützt das Wachstum des Einkristalls vor einer Störung aufgrund der Adhäsion von Verunreinigungen (beispielsweise Silikonoxid und dgl.), die in dem Ofen erzeugt werden, an dem Einkristall-Silizium. Ein Spalt G zwischen dem Boden der thermischen Abschirmplatte 8 und der Schmelzfläche 5a kann durch vertikales Bewegen des Rotationsschafts 10 zum Ändern der vertikalen Position des Quarztiegels 3 eingestellt werden. Der Spalt G kann auch durch vertikales Bewegen der thermischen Abschirmplatte 8 durch eine Hubeinrichtung bewegt werden.
Ein Magnet 20 ist außerhalb und um den CZ-Ofen 2 herum angeordnet zum Aufbringen eines magnetischen Felds (horizontales magnetisches Feld) auf die Schmelze 5 in dem Quarztiegel 3.
2 zeigt die Beziehung zwischen der Temperaturdifferenz ΔT (°C) zwischen einer führenden Endfläche des Impfkristalls 14 und der Schmelze (Schmelzoberfläche) wenn der Impfkristall 14 in Berührung mit der Schmelze 5 kommt und die maximale zerlegte Scherspannung MRSS (MPa) in dem Impfkristall 14. Hier gibt die maximale zerlegte Scherspannung MRSS (MPa) in dem Impfkristall 14 einen Index mit einem maximalen Wert einer thermischen Spannung, die auf den Impfkristall 14 aufgebracht wird, zu dem Zeitpunkt der Berührung mit der Schmelze 5 an und bei der ein Versatz in dem Impfkristall 14 durch thermischen Schock verursacht wird.
2 zeigt einen Plot der Temperaturdifferenz der ΔT berechnet durch ein Gesamtwärmeübertragungsanalyseprogramm (FEMAG) und der maximalen zerlegten Scherspannung MRSS berechnet durch eine Spannungsanalyse (FEMAG).
Die maximale zerlegte Scherspannung MRSS in dem Impfkristall 14 nimmt, wie in 2 gezeigt ist, zu, wenn die Temperaturdifferenz ΔT klein wird, und es wird schwierig, dass ein Versatz aufgrund eines thermischen Schocks in dem Impfkristall 14 verursacht wird.
Zwischenzeitlich haben die vorliegenden Erfinder eine Patentanmeldung eingereicht, die eine zulässige Temperaturdifferenz (thermische Belastung), die keinen Versatz in dem Impfkristall verursacht, zuvor basierend auf einer Konzentration einer Verunreinigung, die dem Impfkristall zugegeben worden ist mit einer Größe des Impfkristalls bestimmt wird, und einer Leistung eines Heizgeräts außerhalb eines Tiegels bestimmt wird, so dass eine Temperaturdifferenz zwischen dem Impfkristall und der Schmelze nicht größer wird als die zulässige Temperaturdifferenz, wenn der Impfkristall mit der Schmelze in Berührung kommt ( japanische Patentanmeldung Nr. 2002-204178 ). Diese Patentanmeldung Nr. 2002-204178 offenbart eine Beziehung zwischen einer Konzentration C einer Verunreinigung (beispielsweise Bor B), die dem Impfkristall 14 zugegeben wird, der Größe (Durchmesser D) des Impfkristalls 14 einer kritischen zerlegten Scherspannung (CRSS: MPa) und einer zulässigen Temperaturdifferenz ΔTc.
3 zeigt eine entsprechende Beziehung zwischen dem Durchmesser D und einer zulässigen Temperaturdifferenz ΔTc als Eigenschaften L₁, L₂, L₃ mit dem Durchmesser D (mm) des Impfkristalls 14 repräsentiert auf der horizontalen Achse und einer Temperaturdifferenz ΔTc zwischen einer Temperatur des führenden Endes des Impfkristalls 14 und einer Temperatur der Schmelze (Schmelzfläche) zum Zeitpunkt des Kontakts mit der Schmelze dargestellt auf der vertikalen Achse. Wie durch L₁, L₂, L₃ angegeben wird, haben der Impfkristalldurchmesser und die zulässige Temperaturdifferenz ΔTc ein umgekehrtes Verhältnis zueinander. Mit anderen Worten nimmt mit einem zunehmenden Impfkristalldurchmesser D die thermische Schockbelastung, die auf den Impfkristall 14 zum Zeitpunkt der Berührung mit der Schmelz ab und es ist notwendig, die zulässige Temperaturdifferenz ΔTc entsprechend zu verringern.
Hier ist die zulässige Temperaturdifferenz ΔTc die maximale Temperatur, die keinen Versatz in dem Impfkristall 14 verursacht.
L₁, L₂, L₃ repräsentieren Unterschiede in der Größe der kritischen zerlegten Scherspannung (CRSS: MPa), die eine der Indizes der mechanischen Stärke des Impfkristalls 14 ist. Die kritische zerlegte Scherspannung (CRSS) ist eine kritische Spannung über die der Versatz in dem Impfkristall 14 verursacht wird. In der Fig. L₁ die kritische zerlegte Scherspannung (CRSS) an, die am geringsten ist (5 MPa), L₂ gibt die kritische zerlegte Scherspannung (CRSS) (10 MPa) an, die größer ist als diejenigen von L₁ und L₃ gibt die kritische zerlegte Scherspannung (CRSS) an, die am größten ist (15 MPa).
Die kritische zerlegte Scherspannung (CRSS) ist variabel in Abhängigkeit von der Art und der Konzentration C der Verunreinigung, die dem Impfkristall 14 beigegeben ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird angenommen, dass Boron B die Verunreinigung ist.
Mit der Zunahme der Konzentration C der dem Impfkristall 14 zugegebenen Verunreinigung nimmt die kritische zerlegte Scherspannung (CRSS) zu. Wenn die Konzentration C der dem Impfkristall 14 beigegebenen Verunreinigung zunimmt in der Größenordnung von C₁, C₂, C₃ variieren die Eigenschaften, wie durch L₁, L₂, L₃ angegeben. In 3 repräsentiert die Konzentration C der Verunreinigung die drei Typen, die Eigenschaften sind jedoch variabel in vielen Stufen oder kontinuierlich, wenn die Konzentration C der Verunreinigung sich in mehreren Stufen oder kontinuierlich ändert.
Der Durchmesser D des Impfkristalls 14 ist, zum Beispiel, derselbe Wert D₃, die Eigenschaften variieren wie durch L₁, L₂, L₃ angegeben mit einer Zunahme der Verunreinigungskonzentration C, wie durch C₁, C₂, C₃ angegeben, so dass die zulässige Temperaturdifferenz ΔTc zunimmt. Wenn die zulässige Temperaturdifferenz ΔTc beispielsweise denselben Wert ΔTc0 hat, variieren die Eigenschaften wie durch L₁, L₂, L₃ angegeben mit dem Durchmesser D des Impfkristalls 14 zunehmend, wie durch D₁, D₂, D₃ angegeben, so dass die Verunreinigungskonzentration erhöht werden kann, wie durch C₁, C₂, C₃ angegeben.
Die Verunreinigung durch Bor B wurde oben beschrieben, dieselbe Beziehung kann sich jedoch in dem Fall ergeben, in dem verschiedene Arten von Verunreinigungen wie Germanium Ge, Indium In und dergleichen statt Bor B dem Impfkristall 14 zugegeben werden.
Eine vorgegebene Konzentration C wird daher zu dem Impfkristall 14 zugegeben und die Größe (Durchmesser) des Impfkristalls 14 hat einen vorgeschriebenen Wert D, die zulässige Temperaturdifferenz ΔTc kann aus den Verläufen L₁, L₂, L₃, die in 3 angegeben worden sind, bestimmt werden und ein Versatz kann daran gehindert werden, in dem Impfkristall 14 verursacht zu werden ohne Ausführung eines Verjüngungsvorgangs durch Einstellen der elektrischen Leistung der einzelnen Heizeinrichtungen 9, 19 derart, dass die Temperaturdifferenz ΔT zwischen dem Impfkristall 14 und der Schmelz 5 zu dem Zeitpunkt des Kontakts mit der Schmelze nicht größer wird als eine zulässige Temperaturdifferenz ΔTc.
Für den Silizium-Impfkristall 15 mit einem Durchmesser von 7 mm, der die Verunreinigung von Bor B zugegeben ist in 5e18 Atomen/cm² kann die Leistung der einzelnen Heizeinrichtungen 9, 19 derart eingestellt werden, dass die zulässige Temperaturdifferenz ΔTc 100°C erreicht wird und die Temperaturdifferenz ΔT zwischen dem Impfkristall 14 und der Schmelze 5 zu dem Zeitpunkt der Berührung mit der Schmelze nicht größer wird als die zulässige Temperaturdifferenz ΔTc (100°C) kann ohne die Ausführung des Verjüngungsvorgangs ein versatzfreier stabiler Einkristall erreicht werden.
4 zeigt die Ergebnisse eines Experiments, das durchgeführt worden ist unter dem Einfluss eines magnetischen Felds, das auf die Schmelze 5, bei der obigen Temperaturdifferenz ΔT aufgebracht wird. In dem Experiment wurde ein Silizium-Impfkristall 14 mit einem Durchmesser von 7 mm, dem 5e18 Atome/cm² der Verunreinigung Bor B hinzugegeben worden ist (die zulässige Temperaturdifferenz ΔTc war 100°C) verwendet und Tests (1)–(6) wurden ausgeführt mit einer elektrischen Leistung (kW), die dem Bodenheizgerät 19 und einer elektrischen Leistung (kW), die dem Hauptheizgerät 9 zugeführt wurden, variiert, wenn der Silizium-Impfkristall 14 die Schmelze 5 erreicht. Es wurde geprüft, ob oder ob nicht ein Versatz in dem Silizium-Impfkristall 14 verursacht würde zwischen einem Fall, bei dem ein magnetisches Feld mit einer Feldstärke von 3000 (Gauss) auf die Schmelze 5 aufgebracht worden ist durch den Magneten 20 (Tests (4)–(6)) und einem Fall, wo das magnetische Feld nicht aufgebracht wurde (Tests (1)–(3)). In 4 gibt das Symbol x an, dass der Versatz in dem Kristall 14 verursacht wurde und das Einkristall-Silizium den Versatz hatte und das Symbol o gibt an, dass ein Versatz in dem Impfkristall 14 nicht verursacht wurde und dass das Einkristall-Silizium von einem Versatz frei war. In dem Experiment wurden 300 kg eines polykristallinen Siliziums verwendet und das Einkristall-Silizium mit einem Durchmesser von 300 m wurde aufgezogen. In dem Experiment war die elektrische Leistung, die dem Bodenheizgerät 19 zugeführt wurde, auf Einzelwerte (0 kW, 10 kW, 35 kW) und die elektrische Leistung, die der Hauptheizeinrichtung zugeführt wurde, wurde durch einen geschlossenen Regelkreis so bestimmt, dass die Oberfläche der Schmelze 5, mit der der Impfkristall 14 in Berührung kam, eine Zieltemperatur hatte (beispielsweise 1340°C).
In 4 ist ein Fall gezeigt, wo ein magnetisches Feld nicht auf die Schmelze 5 aufgebracht wurde (Tests (1)–(3)), nur in dem Test (3), in dem die elektrische Leistung, die auf die Bodenheizeinrichtung 19 auf 0 (kW) eingestellt worden ist und die elektrische Leistung, die auf die Hauptheizeinrichtung 9 aufgebracht worden ist, wurde auf 138 (kW) eingestellt, hatte eine Temperaturdifferenz von 95,6 (°C), was nicht größer war als die zulässige Temperaturdifferenz ΔTc (100°C) und die Vermeidung eines Versatzes wurde bestätigt, bei den Tests (1), (2), in dem die elektrische Leistung auf die Bodenheizeinrichtung 9 aufgebracht worden ist, wurde auf Werte (10 kW, 35 kW) eingestellt, höher also als 0 kW hatte Temperaturdifferenzen (111,1°C, 103,2°C), die die zulässige Temperaturdifferenz ΔTc überstieg, die Erzeugung eines Versatzes wurde erkannt.
In einem Fall, in dem ein magnetisches Feld auf die Schmelze 5 aufgebracht worden ist (Tests (4)–(6)) wurden Temperaturdifferenzen (92,2°C, 82,5°C, 78,5°C), die nicht größer als die zulässige Temperaturdifferenz ΔTc (100°C) sind, erhalten, unabhängig von der Aufbringung von elektrischer Leistung auf die Bodenheizeinrichtung 19 und die Hauptheizeinrichtung 9 (aufgebrachtes elektrisches Leistungsverhältnis) und es wurde keine Erzeugung eines Versatzes bei allen Testpegeln erkannt. Insbesondere bei Tests, bei denen die elektrische Leistung, die auf das Bodenheizgerät 9 aufgebracht worden war, auf Werte (10 kW, 35 kW), die größer als 0 kW sind, eingestellt wurde, wurde eine Differenz erkannt, bei der ein Versatz erzeugt worden ist, wenn kein elektrisches Feld aufgebracht worden ist, während kein Versatz erzeugt wurde, wenn ein elektrisches Feld aufgebracht worden ist. In 2 zeigt ein versatzfreies (Symbol o) und die Erzeugung eines Versatzes (Symbol x), gezeigt in 4.
Der Grund, warum die Freiheit von einem Versatzes bewirkt wurde, ergibt sich einfach aus der Aufbringung eines magnetischen Felds auf die Schmelze 5 unabhängig von der Anwendung der elektrischen Leistung auf die Heizeinrichtung, wie dies oben beschrieben worden ist, wie folgt.
Insbesondere unterdrückt die Aufbringung eines magnetischen Feldes auf die Schmelze 5 eine Konvektion innerhalb der Schmelze 5. Die thermische Leitung in der Schmelze 5 wird daher unterdrückt, die Temperaturdifferenz der Schmelze 5 in der horizontalen Richtung in 1 nimmt zu und eine Temperatur eines Abschnitts (Schmelzoberfläche) der Schmelze 5, mit der der Impfkristall 14 in Kontakt kommt, nimmt ab. Um die Zieltemperatur der Kontaktfläche der Schmelze 5 beizubehalten, wird die elektrische Leistung, die auf die Hauptheizeinrichtung 9 aufgebracht wird, zunimmt, nimmt die Wärmestrahlung zu und die Temperatur des Impfkristalls 14 nimmt zu. die Temperatur des Impfkristalls 14 kommt näher an die Temperatur der Schmelz 5, höher als die Temperatur des Impfkristalls 14 und die Temperaturdifferenz ΔT nimmt zu. Die maximale zerlegte Scherspannung MRSS (MPa) in dem Impfkristall 14, also der maximale Wert der thermischen Spannung, die in Kontakt mit der Schmelze ist, nimmt ab und ein Versatz wird verursacht mit weiteren Schwierigkeiten.
Es ist erwünscht, dass die Stärke des auf die Schmelze 5 aufgebrachten Magnetfelds 0,15 Tesla (= 1500 Gauss) oder mehr beträgt. Dies liegt daran, dass dann, wenn die Magnetfeldstärke im Bereich von 0,1 Tesla bis 0,15 Tesla (= 1000 bis 1500 Gauss) ist, ein stabiler Abschnitt, bei dem die Temperatur erheblich variiert, in der Schmelze 5 auftritt, was die Möglichkeit eines Defekts, das der Kristalldurchmesser variiert wird, verursacht, und wenn er 0,1 Tesla (= 1000 Gauss) beträgt, ist die Konvektion und der drückende Effekt gering und die Steuerbarkeit des Kristalldurchmessers wird schlecht.
(Beispiel 1)
Beispiel 1, das auf den Ergebnissen des in 4 gezeigten Tests basiert, wird beschrieben.
Beispiel 1, das auf den Ergebnissen der Tests von 1 gezeigt sind, wird jetzt beschrieben. In Beispiel 1 wurde einem Silizium-Impfkristall 14 mit einem Durchmesser von 7 mm eine Verunreinigung von Bor B mit 5e18 Atomen/cm² zugegeben und verwendet (eine zulässige Temperaturdifferenz ΔTc von 100°C) Die elektrische Leistung, die auf das Bodenheizgerät 19 aufgebracht wurde, wurde auf 35 kW festgelegt, wenn der Impfkristall 14 mit der Schmelze 5 in Berührung kam und ein magnetisches Feld (horizontales Magnetfeld) mit einer magnetischen Feldstärke von 0,3 Tesla (= 3000 Gauss) wurde auf die Schmelze 5 von dem Magneten 20 aufgebracht. Eine elektrische Leistung, die auf das Hauptheizgerät 9 aufgebracht worden ist, wurde durch einen geschlossenen Regelkreis geregelt, so dass eine Kontaktfläche der Schmelze 5, mit der der Impfkristall 14 in Berührung kam, eine Zieltemperatur (beispielsweise 1340°C) hatte. Die auf das Bodenheizgerät 19 aufgebrachte elektrische Leistung (kW) und die elektrische Leistung (kW), die auf das Hauptheizgerät 9 aufgebracht wurde, betrugen 35 (kW) bzw. 112 (kW) in derselben Weise wie in dem Test (4), der in 4 gezeigt worden ist, eine Temperaturdifferenz ΔT zwischen dem Impfkristall und der Schmelze zum Zeitpunkt des Kontakts mit der Schmelze hatte einen Wert (92,2°C) von nicht mehr als der zulässigen Temperaturdifferenz ΔTc (100°C) und die Erzeugung eines Versatzes in dem Impfkristall 14 wurde unterdrückt.
Nachdem der Impfkristall 14 mit der Schmelze 5 in Berührung kam, wurde das Einkristall-Silizium ohne Durchführung eines Verjüngungsvorgangs hochgezogen. Nachdem der Impfkristall mit der Schmelze in Berührung gebracht worden ist, wurde die elektrische Leistung (kW), die auf die Bodenheizeinrichtung 19 aufgebracht worden ist, auf derselben elektrischen Leistung 35 (kW) gehalten, die zu dem Zeitpunkt des Kontakts mit der Schmelze während das Einkristallsilizium hochgezogen worden ist, und die elektrische Leistung, die auf das Hauptheizgerät 9 aufgegeben worden ist, wurde derart gesteuert, dass die Temperatur der Schmelze 5 die Zieltemperatur erreichte. Das magnetische Feld mit derselben magnetischen Feldstärke 0,3 Tesla (= 3000 Gauss) wurde kontinuierlich auf die Schmelze 5 aufgebracht. Mit anderen Worten, die Stärke des magnetischen Felds, das auf den Impfkristall 14 bei Kontakt mit der Schmelze 5 aufgebracht wurde, war dieselbe wie der des magnetischen Felds, das zu dem Zeitpunkt des Wachstums des Einkristalls aufgebracht worden ist.
Im Ergebnis konnte ein Einkristall-Silizium ohne Versatz ohne Ausführung eines Verjüngungsvorgangs gezüchtet werden.
Entsprechend diesem Beispiel ist eine Dash-Verjüngung unnötig, so dass nach dem Kontakt des Impfkristalls mit der Schmelze der Vorgang unmittelbar verschoben werden kann, so dass ein sogenannter Schulterbildungsschritt, der aufgezogen wird unter graduellem Zunehmen eines Durchmessers oder der Kristallwachstumsabschnitt 22 (beispielsweise eine Länge von etwa 50 mm) nach oben gezogen werden kann mit einem im wesentlichen festen Durchmesser nach dem Kontakt mit der Schmelze wie in 8 gezeigt und es kann geprüft werden, dass die Schmelztemperatur geeignete ist, bevor der Vorgang wechselt zu dem Schulterbildungsschritt. Es ist erwünscht, dass der Kristallwachstumsabschnitt 22 einen Durchmesser (minimaler Kristalldurchmesser) 4 mm oder mehr hat.
Nach diesem Ausführungsbeispiel kann ein Einkristall-Silizium aufgezogen werden, der von einem Versatz frei ist ohne eine Änderung der elektrischen Leistung, die auf das Bodenheizgerät 19 aufgebracht ist, wenn und nachdem der Impfkristall mit der Schmelze in Kontakt ist. Die Einstellarbeit für die Heizeinrichtung kann daher vereinfacht werden und die Belastung des Operators kann vermindert werden. Entsprechend diesem Ausführungsbeispiel kann das aufgezogene Einkristall-Silizium frei von einem Versatz sein, wobei die elektrische Leistung, die auf das Bodenheizgerät 19 aufgebracht ist, auf einem hohen Wert (39 kW) gehalten werden, der höher als der vorgeschriebene Pegel ist, wenn und nachdem der Einkristall mit der Spitze in Kontakt ist. Der Durchmesser des aufgezogenen Einkristall-Siliziums kann von einer Änderung frei sein durch Anheben der elektrischen Leistung, die auf das Bodenheizgerät 19 aufgebracht wird, nachdem der Kristall mit der Schmelze in Kontakt gekommen ist.
Nach diesem Ausführungsbeispiel kann die Umgebung näher an die thermische Umgebung gebracht werden, in der ein gestreckter Körperabschnitt gebildet wird, so dass eine Änderung im Durchmesser oder eine Erzeugung eines Versatzes unterdrückt werden kann, der Durchmesser des verjüngten Abschnitts (des ersten Abschnitts des Kristallwachstumsabschnitts) zum Stützen des Kristallziehens wird nicht kleiner als ein Ziehdurchmesser und das Ziehen kann vermieden werden, dass das Ziehen aufgrund einer unzureichenden Stärke schwierig wird.
Wenn der Impfkristall 14 mit der Schmelze 5 in Berührung kommt, wird die thermische Abschirmplatte 8 mit der oben beschriebenen Hubeinrichtung angehoben, so dass eine größere Menge von Strahlungshitze auf den Impfkristall 5 aufgebracht werden kann, um die Temperaturdifferenz ΔT weiter zu vermindern.
Und es ist erwünscht, dass eine Differenz zwischen der Konzentration der Verunreinigung, die dem Impfkristall 14 zugegeben ist und der Konzentration der Verunreinigung in der Schmelze 5 auf einen vorgegebenen Wert oder weniger verringert wird, um so das Einführen nicht nur einer Verlagerung aufgrund des thermischen Schocks sondern auch einen Versatz (Fehlversatz) aufgrund eines Gitterfehlers an der Kontaktfläche zwischen dem Impfkristall 14 und der Schmelze 5 zu verhindern.
Ein Typ und eine Konzentration der Verunreinigung, die zu der Schmelze 5 hinzugegeben werden, entsprechend der Bestimmung, die durch den Hersteller des jeweiligen Halbleiters angegeben wird, bestimmt. Insbesondere hat die Verunreinigung B eine Konzentration in dem Bereich von 5e14–2e19 Atomen/cm², die Verunreinigung P hat eine bestimmte Konzentration in einem Bereich von 1e14–8e18 Atomen/cm², die Verunreinigung Sb hat eine spezifische Konzentration in einem Bereich von 2e17–1e19 Atomen/cm² und die Verunreinigung As hat eine spezifische Konzentration in dem Bereich von 5e18–1e20 Atomen/cm².
Um den Versatz aufgrund des Gitterfehlers zu vermeiden ist es erwünscht, einen Impfkristall zu verwenden, der eine Verunreinigung von einem Typ hat und eine Konzentration beigegeben wird, die zuvor entsprechend dem Typ und der Konzentration der Verunreinigung bestimmt ist, auf der Seite der Schmelze 5, so dass der Abschnitt zwischen dem Impfkristall 14 und dem Einkristall-Silizium eine Gitterfehlerrate von 0,01% oder weniger hat.
In diesem Fall ist die Stärke des magnetischen Feldes das aufgegeben wird, wenn der Impfkristall 14 mit der Schmelze in Berührung kommt, dieselbe wie diejenige des magnetischen Felds, das zum Zeitpunkt des Wachstums des Einkristalls aufgegeben wird, die Stärke des aufgegebenen magnetischen Felds, wenn der Impfkristall 14 mit der Schmelze 5 in Berührung gebracht wird, kann größer sein als die des magnetischen Felds, das aufgegeben wird, wenn der Einkristall wächst.
Beispiel 1 wurde unter der Annahme beschrieben, dass der Silizium-Impfkristall 14 einen Durchmesser von 7 mm hat. Wenn der Silizium-Impfkristall einen Durchmesser von 4 mm oder mehr hat, kann ein versatzfreies Einkristall-Silizium in derselben Weise ohne Durchführung des Verjüngungsvorgangs wachsen. Um ein Einkristall-Silizium mit einem Gewicht von mehr als 200 kg und einem Durchmesser von 300 mm aufzuziehen ist es erwünscht, dass der Silizium-Impfkristall 14 einen Durchmesser von 5 mm oder mehr hat.
(Beispiel 2)
Die Einkristall-Einziehvorrichtung 1 ist in 5 gezeigt, sie kann verwendet werden statt der Einkristall-Einziehvorrichtung 1 von 1.
Bei der Vorrichtung, die in 5 gezeigt ist, wird auf das Bodenheizgerät 19 verzichtet und das Hauptheizgerät 9 ist in zwei vertikale Stufen von Heizgeräten 9a, 9b entlang der vertikalen Richtung des Quarztiegels 3 geteilt. Die Heizgeräte 9a, 9b können unabhängig die Wärmemenge einstellen, d. h., die Leistung, die dem Quarztiegel 3 zugeführt wird. Die Vorrichtung nach diesem Ausführungsbeispiel hat das Heizgerät 9 in zwei geteilten Stufen, es kann jedoch in drei oder mehr Stufen geteilt sein.
Durch das wie oben angegeben ausgebildete Mehrfach-Heizgerät kann ein versatzfreier Einkristall-Silizium durch Aufbringen eines magnetischen Feldes aufgezogen werden in derselben Weise, wie in 1 angegeben, ohne Ausführen des Verjüngungsschritts, während die elektrische Leistung, die auf das bodenseitige (untere) Heizgerät 9b auf einem hohen Wert (35 kW) gehalten wird, auf demselben festen Pegel oder höher bei oder nachdem der Impfkristall mit der Schmelze in Berührung gekommen ist.
(nicht erfindungsgemäßes Beispiel 3)
Die Einkristall-Aufziehvorrichtung 1 ist mit einem Mehrfach-Heizgerät versehen ist. Die Vermeidung eines Versatzes kann jedoch nicht erfindungsgemäß einfach durch Aufbringen des magnetischen Felds auf die Schmelze 5 in derselben Weise auch dann erreicht werden, wenn die Einkristall-Aufziehvorrichtung 1 mit einem einfachen Heizgerät versehen ist.
Insbesondere in dem Fall, in dem das Bodenheizgerät 19 nicht vorhanden ist und das Hauptheizgerät 9 alleine vorgesehen ist, kann ein versatzfreies Einkristall-Silizium aufgezogen werden ohne Ausführen eines Verjüngungsprozesses mit dem an die Schmelze 5 angelegten magnetischen Feld, an dem die elektrische Leistung, die auf das Heizgerät 9 aufgebracht wird, auf demselben Wert oder im wesentlichen denselben Wert gehalten wird, während und nachdem der Impfkristall mit der Schmelze kontaktiert ist. Die Arbeit zum Einstellen des Heizgerätes wird vereinfacht, die Belastung des Operators verringert.
Die Verunreinigung von Bor B wurde in dem obigen Beispiel beschrieben. In einem Fall, in dem verschiedene Arten von Verunreinigungen wie Germanium Ge, Indium In oder dergleichen anderes als Bor B zu dem Impfkristall 14 zugegeben werden, kann die Erzeugung von Versatz in dem Impfkristall aufgrund eines thermischen Schocks in derselben Weise unterdrückt werden und das Einkristall-Silizium kann ohne Versetzungen wachsen.
6 zeigt die Konzentrationsbereiche von verschiedenen Elementen, die das Entstehen eines Versatzes in dem Impfkristall aufgrund des thermischen Schocks unterdrücken, wenn sie dem Impfkristall 14 hinzugegeben werden. Insbesondere kann die Verunreinigung B in 1e18 Atomen/cm² oder mehr hinzugefügt werden. Es hat sich durch Bewertung der Schnittstelle zwischen dem Impfkristall 14 und dem neugebildeten Kristall bei dem Berühren mit der Schmelze durch Röntgenstrahlen nach dem Aufziehen gezeigt, dass keine Bildung von Versetzungen festgestellt wurden, wenn die Verunreinigung Bor B in 1e18 Atomen/cm² oder mehr zu dem Impfkristall zugegeben wurden. Die Verunreinigung Ga kann in 5e19 Atome/cm² oder mehr hinzugegeben werden, die Verunreinigung In kann in 1e16 Atomen/cm² hinzugegeben werden, die Verunreinigung P kann in 1e19 Atomen/cm² oder mehr hinzugegeben werden, die Verunreinigung As kann in 5e19 Atomen/cm² hinzugegeben werden, die Verunreinigung Sb kann in 1e19 Atomen/cm² hinzugegeben werden, die Verunreinigung Ge kann in 5e19 Atome/cm² oder mehr hinzugegeben werden, die Verunreinigung N kann in 5e13 Atomen/cm² oder mehr hinzugegeben werden und die Verunreinigung C kann in 8e18 Atomen/cm² oder mehr hinzugegeben werden.
Es wurde oben die Bestimmung der zulässigen Temperaturdifferenz ΔTc unter der Annahme, dass der Impfkristall 14 einen Durchmesser D hat, beschrieben. Die zulässige Temperaturdifferenz ΔTc kann jedoch bestimmt werden unter der Annahme, dass eine Fläche der Endoberfläche des Impfkristalls 14 eine Größe des Impfkristalls hat.

Claims

Einkristall-Halbleiterherstellverfahren zum Herstellen eines Einkristall-Halbleiters, wobei eine Schmelze (5) in einem Schmelztiegel (3) durch ein Seitenheizgerät (9, 9a) und ein Bodenheizgerät (19, 9b) erwärmt wird, ein mit einer Verunreinigung versehener Impfkristall mit der Schmelze (5) in Kontakt gebracht wird, der Impfkristalls (14) aufgezogen wird, und die Leistungen des Seitenheizgeräts (9, 9a) und des Bodenheizgeräts (19, 9b) gesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn der Impfkristall (14) mit der Schmelze (5) in Kontakt gebracht wird, die der Schmelze (5) zugeführte Wärmemenge gesteuert wird durch Einstellen der elektrischen Leistung, die dem Seitenheizgerät (9, 9a) und dem Bodenheizgerät (19, 9b), die entlang der Vertikalen des Schmelztiegels angeordnet sind, zugeführt wird, während ein Magnetfeld von 0,15 Tesla (= 1500 Gauss) oder größer auf die Schmelze (5) in einer horizontalen Richtung derart aufgebracht wird, dass die Temperaturdifferenz zwischen dem Impfkristall (14) und der Schmelze (5) nicht größer wird als eine keinen Versatz in dem Impfkristall bewirkende zulässige Temperaturdifferenz, wobei die zulässige Temperaturdifferenz 100°C beträgt, und bezüglich der elektrischen Leistung, die dem Bodenheizgerät (19, 9b) zugeführt wird, die elektrische Leistung wenn der Impfkristall (14) mit der Schmelze (5) in Kontakt kommt, und die elektrische Leistung, wenn der Impfkristall (14) aufgezogen wird, unverändert bleiben.
Einkristall-Halbleiterherstellverfahren zum Herstellen eines Einkristall-Halbleiters nach Anspruch 1, wobei die zulässige Temperaturdifferenz, die keinen Versatz in dem Impfkristall (14) verursacht, entsprechend der Konzentration, der Verunreinigung, die dem Impfkristall (14) zugegeben ist, und der Größe des Impfkristalls (14) bestimmt wird.