DE112006001092B4

DE112006001092B4 - Herstellungsverfahren für Siliciumwafer

Info

Publication number: DE112006001092B4
Application number: DE112006001092.1T
Authority: DE
Inventors: Hidetoshi Kuroki; Motoaki Yoshinaga; Yutaka Shiraishi; Masahiro Shibata
Original assignee: Sumco Techxiv Corp
Current assignee: Sumco Techxiv Corp
Priority date: 2005-04-26
Filing date: 2006-03-20
Publication date: 2020-01-16
Anticipated expiration: 2026-03-21
Also published as: TWI316566B; TW200637937A; US20090301385A1; JP4791073B2; WO2006117939A1; JP2006306640A; US8864906B2; DE112006001092T5

Abstract

Herstellungsverfahren für Siliciumwafer, das so ausgelegt ist, um einen Siliciumwafer aus einem Siliciumeinkristall zu erhalten, der hergestellt wird durch Eintauchen eines Keimkristalls in eine Siliciumschmelze, die in einem Quarztiegel enthalten ist, und dann Ziehen und Wachsen des Siliciumeinkristalls, wobei, wenn der Siliciumeinkristall unter Bedingungen gezogen wird und wächst, so dass eine gesamte Querschnittsfläche des Barrens des Siliciumeinkristalls so gestaltet ist, dass die Querschnittsfläche senkrecht zu der Zug- und Wachtumssrichtung des Barrens einem Versetzungsschlau-fenclusterbereich entspricht, der Siliciumeinkristall unter Bedingungen gezogen wird, so dass eine Sauerstoffkonzentration in einem Bereich des Siliciumeinkristalls von seinem Schulterbereich zu einem oberen Teil seines geraden Zylinderbereichs gleich 9,0 × 10Atome/cmoder höher ist, bei der kein Fehler auftritt, beginnend von Versetzungsschlaufenclustem.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Siliciumwafers.
STAND DER TECHNIK
Ein Siliciumeinkristall wird unter Verwendung des CZ-Verfahrens (Czochralski) hergestellt durch Ziehen. Der gezogene Silciumeinkristallbarren wird in Siliciumwafer geschnitten. Eine Halbleitervorrichtung wird durch ein Vorrichtungsverfahren hergestellt, um eine Vorrichtungsschicht auf der Oberfläche eines Siliciumwafers zu bilden.
Jedoch tritt ein Kristalldefekt, der als der „Einwuchsdefekt“ (Defekt, der während des Kristallwachstums vorkommt) bezeichnet wird, im Verlaufe des Wachstums des Siliciumeinkristalls auf.
Zusammen mit kürzlichem Fortschritt der Integration und der Verfeinerung von Halbleiterschaltungen ist das Vorliegen solcher Einwuchsdefekte in der Nähe einer Oberflächenschicht eines Siliciumwafers, wo eine Vorrichtung hergestellt wird, nicht mehr tolerabel geworden. Daher werden Untersuchungen bezüglich der Möglichkeit durchgeführt, einen defektfreien Kristall herzustellen.
Im allgemeinen gibt es die folgenden drei Arten von Kristalldefekten, die in einem Siliciumeinkristall eingeschlossen sein können und die Vorrichtungseigenschaften verschlechtern.

a) Hohlraumdefekt, erzeugt durch Aggregation von Lücken und bezeichnet als COP (vom Kristall herrührende Teilchen, Crystal originated particles) oder dergleichen.
b) OSF (durch Oxidation induzierter Stapeldefekt).
c) Versetzungsschlaufencluster (dislocation loop cluster), erzeugt durch Aggregation von interstitiellem Silicium (ebenfalls bekannt als interstitielle Siliciumversetzungsdefekte oder I-Defekte).

Ein defektfreier Siliciumeinkristall wird als ein Kristall angesehen oder definiert, der keine dieser drei Defektarten einschließt oder im wesentlichen nicht einschließt.
Es ist bekannt, dass die Bildungsverhalten der oben erwähnten drei Defektarten abhängig von Wachstumsbedingungen, wie sie unten beschrieben werden, variieren. Eine Beschreibung wird unter Bezugnahme auf 1A gegeben. In 1A stellt die horizontale Achse die Wachstumsbedingung V/G1 dar. Unter der Annahme, dass G1 fest ist, kann diese als eine Funktion der Wachstumsgeschwindigkeit V angesehen werden. Die vertikale Achse in 1A stellt die Punktdefektkonzentration | (Cv-Cv,eg)-(Ci-Ci,eg) | dar, wobei Cv eine Lochkonzentration in einem Siliciumeinkristall 10 bezeichnet und Cv,eq eine thermische Gleichgewichtskonzentration der Löcher im Siliciumeinkristall 10 bezeichnet. Wenn Löcher übermäßig integriert sind, wird der Übersättigungsgrad der Löcher (Cv/Cv,eq) zusammen mit einer Abnahme der Temperatur zunehmen. Hohlraumdefekte werden erzeugt, wenn der Übersättigungsgrad der Löcher einen kritischen Bereich erreicht. Ci bezeichnet eine interstitielle Siliciumkonzentration im Siliciumeinkristall 10, und Ci,eq bezeichnet eine thermische Gleichgewichtskonzentration des interstitiellen Siliciums im Siliciumeinkristall 10.
In 1A veranschaulichen 100A, 100B, 100C, 100D und 100E konzeptionell Größen und Dichten verschiedener Defektarten, die zwischen einer Oberflächenmitte und einem Rand eines Siliciumwafers 100, der aus dem Siliciumeinkristall 10 erhalten wird, erzeugt werden. Die Oberflächenmitte und der Rand des Siliciumwafers 100 entsprechen einer Kristallmitte und einem Kristallrand (Kristallperipherie) des Siliciumeinkristalls 10. 1B, 1C, 1D und 1E sind Konzeptdiagramme der Oberfläche des Siliciumwafers 100 entsprechend 100A, 100B, 100C, 100D bzw. 100E und veranschaulichen konzeptionell die Größen und Dichten verschiedener Defektarten, die in der Waferoberfläche auftreten.

i) Wenn die Wachstumsrate V hoch ist, wie durch 100A und 100B in 1A bis 1E gezeigt, werden lochartige Punktdefekte übermäßig, und lediglich Hohlraumdefekte werden im Siliciumeinkristall 10 erzeugt.
ii) Wenn die Wachstumsrate V abgesenkt wird, wie durch 100C gezeigt ist, wird eine ringförmige OSF (R-OSF) nahe der Peripherie des Siliciumeinkristalls 10 erzeugt, und Hohlraumdefekte sind innerhalb des R-OSF-Bereichs angeordnet.
iii) Wenn die Wachstumsrate V weiter abgesenkt wird, wie durch 100D gezeigt ist, wird der Radius der ringförmigen OSF (R-OSF) kleiner, und ein Bereich, wo kein Defekt vorhanden ist, wird außerhalb des ringförmigen OSF-Bereichs erzeugt, während Hohlraumdefekte innerhalb des R-OSF-Bereichs vorhanden sind.
iv) Wenn die Wachstumsrate V noch weiter abgesenkt wird, wie durch 100E gezeigt ist, sind Versetzungsschlaufencluster über den gesamten Siliciumeinkristall 10 vorhanden.

Es wird angenommen, dass das oben beschriebene Phänomen aus dem Grunde auftritt, dass zusammen mit der Abnahme der Wachstumsrate V sich der Siliciumeinkristall 10 von dem Zustand, wo übermäßige lochartige Punktdefekte vorhanden sind, zu dem Zustand verschiebt, wo übermäßige interstitiell-artige Punktdefekte vorhanden sind.
In 1A wird der Bereich, wo Hohlraumdefekte in einer hohen Dichte vorhanden sind, als der V-reiche Bereich (Bereich reich an lochartigem Punktdefekt) bezeichnet, und als der I-reiche Bereich (Bereich, der durch interstitiell-artige Punktdefekte dominiert wird).
Unter den drei oben beschriebenen Defektarten müssen die Hohlraumdefekte in a) insbesondere minimiert werden, da sie eine fehlerhafte Elementisolation oder dergleichen in veredelten Vorrichtungen verursachen können.
Die Hohlraumdefekte werden erzeugt, wenn atomare Lücken (Punktdefekte), die aus einer Siliciumschmelze während eines Kristallwachstums integriert werden, als ein Ergebnis des Erreichens einer kritischen Übersättigung während des Kristallabkühlens agglomerieren, und diese werden LPD (Laserteilchendefekt), COP (Kristall-orientierte Teilchen), FPD (Flußmusterdefekt), LSTD (Laserstreutomographiedefekt) und so weiter genannt, abhängig von den Verfahren zum Detektieren solcher Defekte.
Wie durch 100A und 100B in 1A gezeigt, wenn der Siliciumeinkristall 10 unter Bedingungen gezogen wird, so dass der V-reiche Bereich, in dem die Hohlraumdefekte über den gesamten Siliciumwafer vorhanden sind, erzeugt wird, gibt es COPs oder dergleichen, die durch die Hohlraumdefekte, exponiert in der Oberfläche des Siliciumwafers 100, der aus dem Siliciumeinkristall 10 erhalten wird, verursacht werden. Dies wird eine Verschlechterung der Oxidfilmdruckbeständigkeitseigenschaft zur Folge haben, was in einer Verschlechterung der physikalischen Eigenschaften der Vorrichtung resultiert. Beispielsweise kann eine fehlerhafte Elementisolierung in einer verfeinerten Vorrichtung auftreten. Daher ist die Reduktion der Hohlraumdefekte von a) unter den drei oben beschriebenen Defektarten unbedingt geboten. Heutzutage ist die Vorrichtungslinienbreite in einem Ausmaß vermindert worden, das im wesentlichen der COP-Größe entspricht, und daher ist die Reduktion der COPs oder dergleichen besonders notwendig.
Selbstverständlich gibt es kein Problem, wenn der Siliciumeinkristall 10 defektfrei hergestellt wird. Jedoch wird eine sehr genaue Ziehkontrolle gefordert, um einen solchen Siliciumeinkristall herzustellen, was ein Problem einer schlechten Produktivität mit sich bringt.
Es ist herkömmlich angenommen worden, dass, wenn der Siliciumeinkristall 10 unter Bedingungen gezogen wird, so dass ein I-reicher Bereich, in welchem die interstitiell-artigen Punktdefekte über den gesamten Siliciumwafer vorhanden sind, hergestellt wird, es im wesentlichen keine COPs gibt und eine wünschenswerte Oxidfilmdruckbeständigkeitseigenschaft ohne Verschlechterung der Vorrichtungseigenschaften bereitgestellt werden kann.
Nun wird eine Beschreibung des Stands der Technik gegeben, der sich auf die vorliegende Erfindung bezieht und in Patentdokumenten offenbart ist.
(Stand der Technik 1)
Patentdokument 1 (Japanische Patentoffenlegungsveröffentlichung JP H11-349394 A ) beschreibt eine Erfindung, in der ein Siliciumeinkristall mit Stickstoff dotiert ist und unter Ziehbedingungen gezogen wird, die dem I-reichen Bereich entsprechen.
(Stand der Technik 2)
Patentdokument 2 (Japanische Patentoffenlegungsveröffentlichung JP H10-291892 A ) beschreibt, dass in einem Siliciumeinkristall integrierter Sauerstoff die Festigkeit des Kristalls erhöht und die Versetzungsbewegung verhindert, was die Waferdeformation (Wölbung), die durch Wärmebehandlung verursacht wird, reduziert.
(Stand der Technik 3)
Patentdokument 3 (Japanische Patentoffenlegungsveröffentlichung JP 2002-226295 A ) beschreibt, dass eine Beständigkeit gegenüber einem Fehler erwartet werden kann durch Integration einer großen Sauerstoffmenge in einem Siliciumeinkristall.
(Weiterer Stand der Technik)

US 6,174,364 B1 offenbart ein Verfahren zum Herstellen von Siliziummonokristallen und entsprechenden Wafern.
US 5,954,873 A offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines Siliziumeinkristallwafers.
JP H11-180793 A offenbart ein Verfahren zum Kontrollieren einer Einkristallziehrate.
DE 40 30 551 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Silizium-Einkristallen.
JP H11-278993 A offenbart ein Verfahren zum Wachsen von Einkristallen.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Aufgaben, die durch die Erfindung zu lösen sind.
Jedoch haben die vorliegenden Erfinder Experimente durchgeführt, wie sie später beschrieben werden, in denen ein Siliciumeinkristall unter Wachstumsbedingungen gezogen wurde, die dem 1-reichen Bereich entsprechen, und haben ein neuartiges Phänomen gefunden, dass ein Fehler in einem Bereich des Siliciumeinkristalls von seinem Schulterbereich zu seinem oberen Teil seines geraden Zylinderbereichs, beginnend von interstitiell-artigen Punktdefekten, auftrat.
Daher haben die vorliegenden Erfinder zum ersten Male den Mechanismus des Auftretens eines solchen Fehlers erklärt und Mittel zum Vermeiden des Fehlers gefunden.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Auftreten eines Fehlers, beginnend von interstitiell-artigen Punktdefekten zu verhindern, in einem Bereich eines Siliciumeinkristalls von seinem Schulterbereich zum oberen Teil seines geraden Zylinderbereichs, wenn der Siliciumeinkristall unter Wachstumsbedingungen, die dem 1-reichen Bereich entsprechen, gezogen wird.
Es sollte erwähnt werden, dass keines der Dokumente 1, 2 und 3 aus dem Stand der Technik die neue Aufgabe, die durch die vorliegende Erfindung zu erreichen ist, offenbart, nämlich die Aufgabe, das Auftreten eines Fehlers, beginnend von interstitiell-artigen Punktdefekten, in einem Bereich eines Siliciumeinkristalls von seinem Schulterbereich zum oberen Teil seines geraden Zylinderbereichs zu verhindern, wenn der Siliciumeinkristall unter Wachstumsbedingungen, die dem 1-reichen Bereich entsprechen, gezogen wird.
Mittel zum Erreichen der Aufgabe
Die oben genannten Aufgaben werden gelöst durch Verfahren gemäß der unabhängigen Ansprüche. Bevorzugte Ausführungsformen werden in den Unteransprüchen beschrieben.
Eine erste Erscheinung der Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für Siliciumwafer, das so ausgelegt ist, um einen Siliciumwafer aus einem Siliciumeinkristall zu erhalten, der hergestellt wird durch Eintauchen eines Keimkristalls in eine Siliciumschmelze, die in einem Quarztiegel enthalten ist, und dann Ziehen und Wachsen des Siliciumeinkristalls, wobei, wenn der Siliciumeinkristall unter Bedingungen gezogen wird und wächst, so dass eine gesamte Querschnittsfläche des Barrens des Siliciumeinkristalls so gestaltet ist, dass die Querschnittsfläche senkrecht zu der Zug- und Wachtumssrichtung des Barrens einem Versetzungsschlau-fenclusterbereich entspricht, der Siliciumeinkristall unter Bedingungen gezogen wird, so dass eine Sauerstoffkonzentration in einem Bereich des Siliciumeinkristalls von seinem Schulterbereich zu einem oberen Teil seines geraden Zylinderbereichs gleich 9,0 x 1017 Atome/cm3 oder höher ist, bei der kein Fehler auftritt, beginnend von Versetzungsschlaufenclustern. Eine zweite Erscheinung der Erfindung betrifft die erste Erscheinung der Erfindung, wobei die Sauerstoffkonzentration im Bereich des Siliciumeinkristalls vom Schulterbereich zum oberen Teil des geraden Zylinderbereichs durch Einstellen der Anzahl an Drehungen des Quarztiegels gesteuert wird.
Eine dritte Erscheinung der Erfindung betrifft die erste Erscheinung der Erfindung, wobei die Sauerstoffkonzentration im Bereich des Siliciumeinkristalls vom Schulterbereich zum oberen Teil des geraden Zylinderbereichs durch Einstellen der Anzahl an Drehungen des Quarztiegels gesteuert wird, während ein Magnetfeld auf die Siliciumschmelze beaufschlagt wird.
Eine vierte Erscheinung der Erfindung betrifft ein für Siliciumwafer, das so ausgelegt ist, um einen Siliciumwafer aus einem Siliciumeinkristall zu erhalten, der hergestellt wird durch Eintauchen eines Keimkristalls in eine Silciumschmelze, die in einem Quarztiegel enthalten ist, und dann Ziehen und Wachsen des Siliciumeinkristalls, wobei, wenn der Siliciumeinkristall unter Bedingungen gezogen wird und wächst, so dass eine gesamte Querschnittsfläche des Barrens des Siliciumeinkristalls so gestaltet ist, dass die Querschnittsfläche senkrecht zu der Zug- und Wachstumsrichtung des Barrens einem Versetzungsschlau-fenclusterbereich entspricht, der Siliciumeinkristall unter Bedingungen gezogen wird, so dass ein thermischer Spannungswert in einem Kristallmittelteil im Verlaufe des Bildens des Silciumeinkristalls von seinem Schulterbereich zu einem oberen Teil seines geraden Zylinderbereichs gleich oder kleiner ist als ein thermischer Spannungswert, bei dem kein Fehler im Bereich des Siliciumeinkristalls vom Schulterbereich zum oberen Teil des geraden Zylinderbereichs, beginnend von Versetzungsschlaufenclustern, auftritt, wobei der Siliciumeinkristall unter Bedingungen gezogen wird, so dass eine Wiedereintauchzeit, welche eine Zeitdauer von der Zeit, zu der die Schulter sich erstmals zu expandieren beginnt bis zu der Zeit eines Beginnens der Endbildung des Schulterbereichs des Siliziumeinkristalls, um ein Endprodukt bereitzustellen, ist, innerhalb von 40 Stunden ist.
Eine fünfte Erscheinung der Erfindung betrifft vierte die Erscheinung der Erfindung, wobei der Siliciumeinkristall ohne Wiedereintauchen nach Eintauchen des Keimkristalls in die Schmelze gezogen wird.
Eine sechste Erscheinung der Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für Siliciumwafer, das so ausgelegt ist, um einen Siliciumwafer aus einem Siliciumeinkristall zu erhalten, der hergestellt wird durch Eintauchen eines Keimkristalls in eine Siliciumschmelze, die in einem Quarztiegel enthalten ist, und dann Ziehen und Wachsen des Siliciumeinkristalls, wobei, wenn der Siliciumeinkristall unter Bedingungen gezogen wird und wächst, so dass eine gesamte Querschnittsfläche des Barrens des Siliciumeinkristalls so gestaltet ist, dass die Querschnittsfläche senkrecht zu der Zug- und Wachstumsrichtung des Barrens einem Versetzungsschlau-fenclusterbereich entspricht, der Siliciumeinkristall unter Bedingungen gezogen wird, so dass:

eine Sauerstoffkonzentration in einem Bereich des Siliciumeinkristalls von seinem Schulterbereich zu einem oberen Teil seines geraden Zylinderbereichs gleich oder höher ist als eine vorgegebene Konzentration, bei der kein Fehler auftritt, beginnend von Versetzungsschlaufenclustern; und
der thermische Spannungswert in einem Kristallmittelteil im Verlaufe des Bildens des Siliciumeinkristalls von seinem Schulterbereich zum oberen Teil seines geraden Zylinderbereichs gleich oder kleiner ist als ein thermischer Spannungswert, bei dem kein Fehler im Bereich des Siliciumeinkristalls vom Schulterbereich zum oberen Teil des geraden Zylinderbereichs, beginnend von den Versetzungsschlaufenclustem, auftritt, wobei der Siliciumeinkristall unter Bedingungen gezogen wird, so dass eine Wiedereintauchzeit, welche eine Zeitdauer von der Zeit, zu der die Schulter sich erstmals zu expandieren beginnt bis zu der Zeit eines Beginnens der Endbildung des Schulterbereichs des Siliziumeinkristalls, um ein Endprodukt bereitzustellen, ist, innerhalb von 40 Stunden ist.14 zeigt einen Mechanismus zum Entscheiden, ob ein Fehler gemäß der vorliegenden Erfindung auftritt oder nicht.

Spezifischerweise tritt, wenn eine thermische Spannung (102) auf einen Bereich des Siliciumeinkristalls 10 beaufschlagt wird, in dem Versetzungsschlaufencluster erzeugt worden sind (101), kein Fehler (105) auf, da die Kristallfestigkeit hoch ist (104), sofern die Sauerstoffkonzentration Oi hoch ist (9,0 × 10¹⁷ Atome/cm³ oder höher; 103). Im Gegensatz dazu, wenn thermische Spannung (102) auf einen Bereich des Siliciumeinkristalls 10 beaufschlagt wird, in welchem Versetzungsschlaufencluster erzeugt worden sind (101), tritt ein Fehler (108) auf, da die Kristallfestigkeit gering (107) ist, wenn die Sauerstoffkonzentration Oi gering ist (kleiner als 9,0 × 10¹⁷ Atome/cm³; 106).
Gemäß der vorliegenden Erfindung, um das Auftreten eines Fehlers im Bereich des Siliciumeinkristalls 10 von seinem Schulterbereich 10A zum oberen Teil seines geraden Zylinderbereichs 10B zu vermeiden, wird daher der Siliciumeinkristall 10 unter Bedingungen gezogen, so dass die Sauerstoffkonzentration Oi im Bereich des Siliciumeinkristalls 10 von seinem Schulterbereich 10A zum oberen Teil seines geraden Zylinderbereichs 10B gleich oder höher ist als eine vorgegebenen Konzentration, bei der kein Fehler, beginnend von den interstitiell
Um ferner gemäß der vorliegenden Erfindung das Auftreten eines Fehlers im Bereich des Siliciumeinkristalls 10 von seinem Schulterbereich 10A zum oberen Teil seines geraden Zylinderbereichs 10B zu verhindern, wird der Siliciumeinkristall unter Bedingungen gezogen, so dass der thermische Spannungswert in einem Kristallmittelteil im Verlaufe des Ziehens des Siliciumeinkristalls von seinem Schulterbereich zum oberen Teil seines geraden Zylinderbereichs gleich oder kleiner ist als ein thermischer Spannungswert, bei dem kein Fehler im Bereich des Siliciumeinkristalls vom Schulterbereich zum oberen Teil des geraden Zylinderbereichs, beginnend von den interstitiell-artigen Punktdefekten, auftritt (vierte Erscheinung der Erfindung).
Um noch weiter gemäß der Erfindung das Auftreten eines Fehlers im Bereich des Siliciumeinkristalls 10 von seinem Schulterbereich 10A zum oberen Teil seines geraden Zylinderbereichs 10B zu verhindern, wird der Siliciumeinkristall unter Bedingungen gezogen, so dass: die Sauerstoffkonzentration im Bereich des Siliciumeinkristalls von seinem Schulterbereich zum oberen Teil seines geraden Zylinderbereichs gleich oder höher ist als eine vorgegebene Konzentration, bei der kein Fehler, beginnend von den interstitiell-artigen Punktdefekten, auftritt; und der thermische Spannungswert in einem Kristallmittelteil im Verlaufe des Ziehens des Siliciumeinkristalls von seinem Schulterbereich zum oberen Teil seines geraden Zylinderbereichs gleich oder kleiner ist als ein thermischer Spannungswert, bei dem kein Fehler im Bereich des Siliciumeinkristalls vom Schulterbereich zum oberen Teil des geraden Zylinderbereichs, beginnend von den interstitiell-artigen Punktdefekten, auftritt (sechste Erscheinung der Erfindung).
Spezifische Mittel zum Steuern der Sauerstoffkonzentration Oi sind wie folgt.
Wie in 12 gezeigt ist, kann die Sauerstoffkonzentration Oi im Bereich des Siliciumeinkristalls 10 von seinem Schulterbereich 10A zum oberen Teil seines geraden Zylinderbereichs 10B durch Einstellen der Anzahl an Drehungen C/R des Quarztiegels 3 gesteuert werden (zweite Erscheinung der Erfindung).
Ferner kann die Sauerstoffkonzentration Oi im Bereich des Siliciumeinkristalls 10 von seinem Schulterbereich 10A zum oberen Teil seines geraden Zylinderbereichs 10B gesteuert werden durch Einstellen der Anzahl an Drehungen C/R des Quarztiegels 3, während ein Magnetfeld auf die Siliciumschmelze 5 beaufschlagt wird (dritte Erscheinung der Erfindung).
Spezifische Mittel zum Steuern des thermischen Spannungswerts sind wie folgt.
Aus 16 kann erkannt werden, dass ein Fehler im Bereich des Siliciumeinkristalls 10 aus seinem Schulterbereich 10A zum oberen Teil seines geraden Zylinderbereichs 10B auftritt, wenn die Rückeintauchungszeit 40 Stunden übersteigt.
Wie in 18A und 18B gezeigt ist, neigt ein Fehler dazu aufzutreten, wenn die Wiedereintauchungszeit länger wird und die thermische Spannung dadurch erhöht wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung, um das Auftreten eines Fehlers zu vermeiden, wird daher der Siliciumeinkristall 10 unter Bedingungen gezogen, so dass eine Zeitdauer vom Eintauchen des Keimkristalls in die Siliciumschmelze bis zum Beginn der Bildung des Schulterbereichs des Silicumeinkristalls innerhalb von 40 Stunden liegt (vierte Erscheinung der Erfindung). Um ferner das Auftreten eines Fehlers zu vermeiden, wird der Siliciumeinkristall 10 ohne Wiedereintauchen nach Eintauchen des Keimkristalls 14 in die Schmelze gezogen (fünfte Erscheinung der Erfindung).
Figurenliste
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.

2 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Siliciumeinkristallherstellungsvorrichtung zur Verwendung in einer Ausführungsform zeigt, wenn sie von einer Seite betrachtet wird.
Wie in 2 gezeigt ist, weist die Einkristallziehvorrichtung 1 gemäß der Ausführungsform einen CZ-Ofen (Kammer) 2 auf, der als ein Einkristallziehgefäß fungiert.

Ein Quarztiegel 3 ist innerhalb des CZ-Ofens 2 vorgesehen, um geschmolzenes polykristallines Siliciummaterial als Schmelze 5 zu enthalten. Der Quarztiegel 3 ist mit einem Graphittiegel 11, der außerhalb desselben angeordnet ist, abgedeckt. Eine Hauptheizvorrichtung 9 ist seitlich außerhalb des Quarztiegels 3 vorgesehen, um das polykristalline Siliciummaterial innerhalb des Quarztiegels 3 zu erwärmen und zu schmelzen. Eine Hilfsheizvorrichtung (Bodenheizvorrichtung) 19 ist im Boden des Quarztiegels 3 vorgesehen, um den Boden des Quarztiegels ergänzend zu erwärmen, um das Härten der Schmelze 5 am Boden des Quarztiegels 3 zu vermeiden. Die Ausgabe (Energie; kW) der Hauptheizvorrichtung 9 und die Ausgabe der Hilfsheizvorrichtung 19 werden unabhängig gesteuert, um die auf die Schmelze 5 beaufschlagte Wärmemenge unabhängig zu regulieren. Beispielsweise wird die Temperatur der Schmelze 5 detektiert, die detektierte Temperatur zurückgeführt und die Ausgaben der Hauptheizvorrichtung 9 und der Hilfsheizvorrichtung 19 so gesteuert, dass die Schmelze 5 auf die Zieltemperatur erwärmt wird.
Ein wärmeisolierender Zylinder 13 ist zwischen der Hauptheizvorrichtung 9 und der inneren Wand des CZ-Ofens 2 vorgesehen.
Ein Ziehmechanismus 4 ist oberhalb des Quarztiegels 3 vorgesehen. Der Ziehmechanismus 4 weist eine Ziehwelle 4a und ein Keimfutter 4c am spitzen Ende der Ziehwelle 4a auf. Das Keimfutter 4c hält einen Keimkristall 14.
Polykristallines Silicium (Si) wird innerhalb des Quarztiegels 3 erwärmt und geschmolzen. Wenn die Temperatur der Schmelze 5 stabilisiert ist, wird der Ziehmechanismus 4 aktiviert, um einen Siliciumeinkristall 10 (Siliciumeinkristall) aus der Schmelze 5 zu ziehen. Spezifischerweise wird die Ziehwelle 4a so abgesenkt, dass der Keimkristall 14, der durch das Keimfutter 4c an dem spitzen Ende der Ziehwelle 4a gehalten wird, in die Schmelze 5 eingetaucht wird. Nachdem der Keimkristall 14 mit der Schmelze 5 benetzt ist, wird die Ziehwelle 4a angehoben. Der Siliciumeinkristall 10 wächst, wenn der Keimkristall 14, der durch das Keimfutter 4c gehalten wird, angehoben wird.
Der Quarztiegel 3 wird durch eine Drehwelle 110 mit einer Drehgeschwindigkeit C/R während des Ziehens gedreht. Die Ziehwelle 4a des Ziehmechanismus 4 wird in der entgegengesetzten Richtung oder in der gleichen Richtung wie die Drehwelle 110 mit einer Drehgeschwindigkeit S/R gedreht.
Die Drehwelle 110 kann in einer vertikalen Richtung angetrieben werden, um den Quarztiegel 3 zu einer gewünschten Tiegelposition C/P nach oben und nach unten zu bewegen.
Das innere des Ofens 2 wird unter einem Vakuum (beispielsweise etwa 20 Torr) durch Abschirmen des inneren CZ-Ofens 2 von der äußeren Luft gehalten. Spezifischerweise wird Argongas 7 als Inertgas in den CZ-Ofen geliefert und durch eine Pumpe durch eine Abgasöffnung des CZ-Ofens 2 abgegeben. Dies reduziert den Druck im Ofen 2 auf einen vorgegebenen Druck.
Verschiedene verdampfte Materialien werden im Inneren des CZ-Ofens 2 während eines Einkristallziehverfahrens (eine Charge) erzeugt. Daher wird das Argongas 7 in den CZ-Ofen 2 geliefert und zusammen mit den verdampften Materialien aus dem CZ-Ofen 2 abgegeben, um die verdampften Materialien aus dem CZ-Ofen 2 zu entsorgen. Die Lieferflussrate des Argongases 7 wird für jeden Schritt in einer Charge eingestellt.
Die Schmelze 5 wird vermindert, wenn der Siliciumeinkristall 10 gezogen wird. Wenn die Schmelze 5 vermindert wird, variiert die Kontaktfläche zwischen der Schmelze 5 und dem Quarztiegel 3, was die in dem Quarztiegel 3 gelöste Sauerstoffmenge verändert. Diese Veränderung beeinflusst die Verteilung der Sauerstoffkonzentration in dem Siliciumeinkristall 10, der gezogen wird.
Eine Wärmeabschirmplatte 8 (Gaskorrekturleitung) mit einer im Wesentlichen invertierten, abgeschnittenen Kegelform wird oberhalb des Quarztiegels 3 vorgesehen, um den Siliciumeinkristall 10 zu umgeben. Die Wärmeabschirmplatte 8 wird durch den wärmeisolierenden Zylinder 13 gestützt. Die Wärmeabschirmplatte 8 führt das Argongas 7, das von oben in den CZ-Ofen 2 geliefert wird, als das Trägergas zu einem Mittelteil in der Schmelzfläche 5a, und lenkt ferner dasselbe zur Peripherie der Schmelzfläche 5a, gelangend über die Schmelzfläche 5a. Das Argongas 7 wird dann zusammen mit Gas, das aus der Schmelze 5 verdampft wird, durch eine Abgasöffnung, die in einem unteren Teil des CZ-Ofens 2 vorgesehen ist, abgegeben. Auf diese Art und Weise kann die Gasflussgeschwindigkeit über der Schmelzfläche stabilisiert werden, und Sauerstoff, der von der Schmelze 5 verdampft wird, kann in einem stabilen Zustand gehalten werden.
Die Wärmeabschirmplatte 8 isoliert thermisch und schirmt den Keimkristall 14 und den Siliciumeinkristall 10, der aus dem Keimkristall 14 gezüchtet wird, gegenüber Strahlungswärme, die durch Hochtemperaturkomponenten, wie den Quarztiegel 3, die Schmelze 5 und die Hauptheizvorrichtung 9 erzeugt wird, ab. Ferner verhindert die Wärmeabschirmplatte 8 eine Verunreinigung, die innerhalb des Ofens (z. B. Siliciumoxid) erzeugt wird, von einer Anhaftung an dem Siliciumeinkristall 10 und einer Inhibierung des Wachstums des Einkristalls ab. Die Größe eines Zwischenraums 90 zwischen dem unteren Ende der Wärmeabschirmplatte 8 und der Schmelzoberfläche 5a kann eingestellt werden durch Anheben oder Absenken der Drehwelle 110, um die Position des Quarztiegels 3 in der vertikalen Richtung zu ändern. Der Zwischenraum 90 kann eingestellt werden durch vertikales Bewegen der Wärmabschirmplatte 8 mittels einer Hubvorrichtung.
Wie später beschrieben kann V/G1 (wobei V eine Wachstumsrate bezeichnet und G1 einen axialen Temperaturgradienten des Siliciumeinkristalls 10 nahe seines Schmelzpunkts (Schmelzpunkt bis 1350°C) bezeichnet) durch Einstellen des Zwischenraums 90 und der Ziehrate V der Ziehwelle 4a gesteuert werden.
Ferner kann die Sauerstoffkonzentration (Atome/cm³) in dem Siliciumeinkristall 10 gesteuert werden durch Einstellen der Anzahl an Tiegeldrehungen C/R, der Anzahl an Ziehwellendrehungen S/R, der Argongasflussgeschwindigkeit und dem Ofendruck während des Ziehens.
Ein oberer Bereich 2A (hierin im folgenden bezeichnet als die obere Kammer) des CZ-Ofens 2 wird mit einem Sichtfenster 20 bereitgestellt. Ein Betreiber kann durch das Sichtfenster 20 beobachten, wie der Siliciumeinkristall 10 wächst.
Ein Barren des Siliciumeinkristalls 10, der durch die 2 gezeigte Vorrichtung hergestellt wird, wird durch eine Schneidvorrichtung geschnitten, um einen Siliciumwafer 100 bereitzustellen.
Es wird in dieser Ausführungsform angenommen, dass ein P-artiger Siliciumeinkristall 10 gezogen wird. Zu diesem Zwecke wird ein Dotand wie Bor B, zuvor in den Quarztiegel 3 eingeführt. Die Dotandenkonzentration im Siliciumeinkristall 10 wird durch Einstellen der eingeführten Menge des Dotanden gesteuert, wodurch ein P-artiger Siliciumeinkristall 10 mit einem gewünschten spezifischen Widerstand gezogen werden kann. Es wird ebenfalls in dieser Ausführungsform angenommen, dass der Siliciumeinkristall 10 mit einem Durchmesser von 300mm gezogen wird. Spezifischerweise wird nach Eintauchen des Keimkristalls 14 in die Schmelze 5 ein Schulterbereich und dann ein gerader Zylinderbereich mit einem Durchmesser von 300mm gebildet.
Es wird ebenfalls in dieser Ausführungsform angenommen, dass ein Siliciumeinkristall 10 durch ein Ziehverfahren, das ein magnetisches Feld beaufschlagt, gezogen wird. Spezifischerweise wird ein horizontales Magnetfeld (transversales Magnetfeld) beispielsweise auf die Schmelze 5 im Quarztiegel 3 beaufschlagt, wodurch eine Konvektion der Schmelze 5 in dem Quarztiegel 3 unterdrückt wird, um ein stabiles Kristallwachstum zu gewährleisten. Ein zackenförmiges Magnetfeld kann anstelle des horizontalen Magnetfelds beaufschlagt werden.
Zunächst wird eine Beschreibung der Erkenntnisse der vorliegenden Erfindung gegeben.
3 veranschaulicht schematisch eine Versetzung, die in dem Siliciumeinkristall 10 abhängig von einer Wachstumsrate V auftritt.
Wie in 3(b) gezeigt ist, wenn der Siliciumeinkristall 10 im V-reichen Bereich (Bereich reich an loch-artigem Punktdefekt) gezeigt in 1A, mit einer hohen Wachstumsrate V gezogen wird, werden Hohlraumdefekte (COP) mit einer hohen Dichte im Siliciumeinkristall 10 erzeugt. Wie in 3A gezeigt ist, werden im Gegensatz dazu, wenn der Siliciumeinkristall 10 im I-reichen Bereich (Bereich dominiert durch interstitiell-artige Punktdefekte), der in 1A gezeigt ist, gezogen wird, interstitiell-artige Punktdefekte (Versetzungsschlaufencluster) mit einer hohen Dichte im Siliciumeinkristall 10 erzeugt.
Die vorliegenden Erfinder haben ein Phänomen gefunden, dass ein Fehler in einem Bereich des Siliciumeinkristalls 10 von seinem Schulterbereich zum oberen Teil des gerade Zylinderbereichs auftritt.
Wir haben die Beziehung zwischen einem solchen Fehler und der Defektdichte untersucht.
4(a) zeigt schematisch einen Schulterbereich 10A, einen geraden Zylinderbereich 10B und einen Endbereich 10C des Siliciumeinkristalls 10.
Eine Röntgenstrahlenuntersuchung wurde durch ein Cu-Dekorationsverfahren durchgeführt, unter Verwendung eines Teils S1 des Schulterbereichs 10A des Siliciumeinkristalls 10 als eine vertikale Schnittprobe.
5 veranschaulicht die Ergebnisse der Röntgenstrahlenuntersuchung.
5(a) ist eine Fotographie einer Probe, bei der ein Fehler aufgetreten ist, und 5(c) ist eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs, wo der Fehler in 5(a) aufgetreten ist. 5(b) ist eine Fotographie einer Probe, in der kein Fehler aufgetreten ist, und 5(d) ist eine vergrößerte Ansicht eines äquivalenten Bereichs.
Es kann aus 5 erkannt werden, dass ein Siliciumeinkristall 10, der unter einem Fehler leidet, eine hohe Dichte an Versetzung in seinem Schulterbereich 10A aufweist.
4(b) veranschaulicht wie 4(a) schematisch den Schulterbereich 10A, den geraden Zylinderbereich 10B und den Endbereich 10C des Siliciumeinkristalls 10.
Eine Röntgenstrahlenuntersuchung wurde durch das Cu-Dekorationsverfahren durchgeführt, unter Verwendung eines oberen Teils S2 des geraden Zylinderbereichs 10B des Siliciumeinkristalls 10 als eine Probe. Die Grenzposition zwischen dem Schulterbereich 10A und dem geraden Zylinderbereich 10B soll hierin als „der gerade Zylinder von 0mm“ bezeichnet werden. Das obere Teil S2 entspricht einem Bereich um den geraden Zylinder von 0mm.
6 zeigt die Ergebnisse der Röntgenstrahlenuntersuchung.
6(a) ist eine Fotographie einer Probe, bei der ein Fehler aufgetreten ist. 6(b) ist eine Fotographie einer Probe, bei der kein Fehler aufgetreten ist.
Es kann ebenfalls aus 6, wie aus 5, erkannt werden, dass der Siliciumeinkristall 10, der unter einem Fehler leidet, eine hohe Dichte an Versetzung im oberen Teil des geraden Zylinderbereichs 10B aufweist.
Wir haben anschließend eine Simulation durchgeführt, um die Beziehung zwischen einem Fehler mit thermische Spannung in verschiedenen Kristallteilen und der Temperatur in einem Kristallmittelteil während des Ziehens des Siliciumeinkristalls 10 zu untersuchen.
7 veranschaulicht die Temperaturverteilung in einem Kristallmittelteil und die thermische Spannungsverteilung in verschiedenen Teilen des Kristalls während des Ziehens des Siliciumeinkristalls 10. Die Höhe, auf die der Siliciumeinkristall 10 gezogen wird, wird höher in der Folge von 7(a), 7(b), 7(c), 7(d), 7(e) und 7(f). Als ein Ergebnis der Simulation trat ein Fehler an einer Position A im Siliciumeinkristall 10 auf, wenn der Siliciumeinkristall 10 auf die Höhe gezogen wurde, die in 7(c) gezeigt ist.
8 veranschaulicht eine Beziehung der Ziehhöhe S/P mit der Temperatur und der Spannung in Verbindung mit 7.
In 8 bezeichnet B einen Temperaturbereich, in dem Versetzungsschlaufencluster gebildet werden (980°C bis 1000°C). Wie aus 8 offensichtlich ist, wird angenommen, dass ein Fehler auftritt, wenn die Temperatur im Temperaturbereich ist, wo Versetzungsschlaufencluster gebildet werden, und wenn die Spannung am höchsten wird. Es wird ebenfalls angenommen, dass die Position, wo ein Fehler auftritt, zu einem Bereich korrespondiert, wo die Spannung, die in einem mittleren Bereich des Kristalls vorhanden ist, während eines Verfahrens konzentriert ist, bei dem der Kristall aus dem Schulterbereich 10A zum oberen Teil des geraden Zylinderbereichs 10B gezogen wird.
9 veranschaulicht eine Verteilung der thermischen Spannungswerte, während zwei unterschiedliche Fälle verglichen werden, in denen Bedingungen, wie Schulterform und Kristallziehrate S/L unterschiedlich eingestellt werden, wobei die zwei Fälle auf den gegenüberliegenden Seiten der Mitte des Kristalls nebeneinander gestellt sind. In 9 sind die Ziehbedingungen, wie Schulterform, zwischen der linken Seite und der rechten Seite in Bezug auf die Mitte des Siliciumeinkristalls 10 verschieden. Bei einem Vergleich des Siliciumeinkristalls 10 auf der linken Seite und des Siliciumeinkristalls 10 auf der rechten Seite in 9 kann erkannt werden, dass beide einen Spannungs-konzentrierten bereich aufweisen, der eine hohe thermische Spannung im Kristallmittelteil während eines Verfahrens zeigt, bei dem der Kristall aus dem Schulterbereich 10A zum oberen Teil des geraden Zylinderbereichs 10B gezogen wird. Jedoch ist die Höhe des Spannungs-konzentrierten Bereichs im Kristallmittelteil verschieden zwischen dem Siliciumeinkristall 10 auf der linken Seite und dem Siliciumeinkristall 10 rechten Seite aufgrund des Unterschieds in den Ziehbedingungen.
Anschließend haben wir überprüft, dass die Position, wo der Fehler auftritt, sich gemäß dem Unterschied in dem Spannungs-konzentrierten Bereich im Kristallmittelteil unterschied.
10A und 10B veranschaulichen Vergleichsproben des Siliciumeinkristalls 10 mit unterschiedlichen Schulterformen.
10A und 10B zeigen Ergebnisse einer Röntgenstrahlenuntersuchung, die an der Position des geraden Zylinders von 0mm durchgeführt wurde. In der in 10A gezeigten Probe wurde ein Fehler in einem äußeren Teil in einer radialen Richtung des Siliciumeinkristalls 10 beobachtet. In der anderen in 10B gezeigten Probe wurde ein Fehler in einer im wesentlichen mittleren Position in einer radialen Richtung des Siliciumeinkristalls 10 beobachtet.
11A und 11B veranschaulichen ebenfalls Vergleichsproben des Siliciumeinkristalls 10 mit unterschiedlichen Schulterformen. 11A und 11B zeigen schematisch Ergebnisse einer Röntgenstrahlenuntersuchung. In einer in 11A gezeigten Probe wurde beobachtet, dass ein Fehler auftrat, beginnend von einer Position 150mm höher als der gerade Zylinder von 0mm des Siliciumeinkristalls 10. In der in 11B gezeigten anderen Probe wurde beobachtet, dass ein Fehler auftrat, beginnend von einer Position 20mm höher als der gerade Zylinder von 0mm des Siliciumeinkristalls 10.
Es wurde daher bestätigt, dass der Unterschied in der Schulterform den Unterschied im Spannungs-konzentrierten Bereich im Kristallmittelteil im Verfahren des Ziehens des Kristalls aus dem Schulterbereich 10A zum oberen Teil des geraden Zylinderbereichs 10B verursachte und dass ein Fehler an verschiedenen Positionen in einem Bereich von dem Schulterbereich 10A zum oberen Teil des geraden Zylinderbereichs 10B auftrat.
Es ist bekannt, wie es in Patentdokumenten 2 und 3 beschrieben wird, dass die Sauerstoffkonzentration in dem Siliciumeinkristall 10 die Festigkeit des Kristalls beeinträchtigt. Da ein Fehler in dem Bereich von dem Schulterbereich 10A zum oberen Teil des geraden Zylinderbereichs 10B, wie es oben beschrieben wurde, auftrat, wurden Experimente durchgeführt, um zu überprüfen, wie die Sauerstoffkonzentration im Siliciumeinkristall 10 den Fehler in diesem Bereich beeinträchtigte.
12, 13A und 13B zeigen die Ergebnisse der Experimente. In diesem Beispiel wurde ein Mittel zum Einstellen einer Anzahl an Drehungen des Tiegels C/R als Mittel zum Steuern der Sauerstoffkonzentration Oi (Atome/cm³) verwendet.
Andere Bedingungen werden unten beschrieben. Ein horizontales Magnetfeld (transversales Magnetfeld) wurde auf die Schmelze 5 im Quarztiegel 3 beaufschlagt. Eine wünschenswerte Kontrollierbarkeit der Sauerstoffkonzentration Oi (Atome/cm³) kann erhalten werden durch Regulieren der Anzahl an Tiegeldrehungen C/R, während das horizontale Magnetfeld auf die Schmelze 5 beaufschlagt wird.
Bor B wurde zuvor in den Quarztiegel 3 getan, bevor ein P-artiger Siliciumeinkristall 10 mit einem gewünschten spezifischen Widerstand gezogen wurde. In den folgenden Beispielen kann jedoch ein anderer Dotant, wie Phosphor P, Arsen As, Germanium Ge oder Indium In, anstelle von Bor verwendet werden, sofern er einen Kristallhärtungseffekt aufweist. Ein Siliciumeinkristall 10 mit einem Durchmesser von 300mm wurde gezüchtet.
Zusätzlich wurde ein Siliciumeinkristall 10 unter Bedingungen gezogen, die dem 1-reichen Bereich entsprechen, außer für ein Vergleichsbeispiel L4, das später beschrieben wird. Spezifischerweise wurde der Siliciumeinkristall 10 unter Verwendung einer Gesamtwärmetransmissionsanalyse FEMAG unter Bedingungen gezogen, so dass V/G1 V/G1<0,15mm/°Cmin erfüllte. Die Ziehrate V der Ziehwelle 4a wurde auf 0,3mm/min eingestellt, und der Zwischenraum 90 zwischen dem unteren Ende der Wärmeabschirmplatte 8 und der Schmelzoberfläche 5a wurde auf 30mm eingestellt.
Ferner wurden 250kg polykristallines Siliciummaterial in den Quarztiegel 3 eingefüllt, um einen Siliciumeinkristall 10 zu ziehen, außer für ein Vergleichsbeispiel L5, das später beschrieben wird.
12 veranschaulicht eine Beziehung zwischen einer Axialposition des Siliciumeinkristalls 10 und der Anzahl an Drehungen des Tiegels C/R.
13A und 13B veranschaulichen eine Beziehung zwischen einer Axialposition des Siliciumeinkristalls 10 und einer Sauerstoffkonzentration Oi (Atome/cm³) im Siliciumeinkristall 10 in Verbindung mit 12. 13A ist ein Diagramm, das dem Schulterbereich 10A entspricht, wobei die horizontale Achse die Schulterlänge (mm) darstellt. 13B ist ein Diagramm, das dem geraden Zylinderbereich 10B entspricht, wobei die horizontale Achse die Länge des geraden Zylinders (mm) darstellt. Die linke Seite der Zeichnung entspricht der Position des geraden Zylinders von 0mm des Siliciumeinkristalls 10.
Wie in 12 gezeigt ist, bezeichnet L1 eine Eigenschaft, wenn die Anzahl an Tiegeldrehungen C/R auf X Upm an verschiedenen Position von dem Schulterbereich 10A zum oberen Teil des geraden Zylinderbereichs 10B eingestellt wird. L2 bezeichnet eine Eigenschaft, wenn die Anzahl an Tiegeldrehungen C/R auf 3 X Upm an verschiedenen Positionen von dem Schulterbereich 10A zum oberen Teil des geraden Zylinderbereichs 10B eingestellt wird. L3 bezeichnet eine Eigenschaft, wenn die Anzahl an Tiegeldrehungen C/R auf 4 X Upm an verschiedenen Positionen vom Schulterbereich 10A zum oberen Teil des Zylinderbereichs 10 eingestellt wird. Es sollte erwähnt werden, dass, wenn die Anzahl an Tiegeldrehungen C/R auf größer als 4 X Upm eingestellt wird, der Siliciumeinkristall 10 im Verlaufe des Wachstums zerbröckeln kann.
Sauerstoffkonzentrationen Oi, wenn die Anzahl an Tiegeldrehungen C/R auf die Eigenschaften L1, L2 und L3, die in 12 gezeigt sind, eingestellt ist, sind in 13A gezeigt. Änderungen in der Sauerstoffkonzentration Oi, wenn die Anzahl an Tiegeldrehungen C/R auf die Eigenschaften L1, L2 und L3, die in 12 gezeigt sind, eingestellt ist, sind in 13B gezeigt.
In 13A bezeichnet L4 eine Eigenschaft als ein Vergleichsbeispiel, wenn der Siliciumeinkristall 10 unter Bedingungen gezogen wird, die dem V-reichen Bereich entsprechen. In 13B bezeichnet L5 eine Eigenschaft als ein Vergleichsbeispiel, wenn 300kg polykristallines Siliciummaterial in den Quarztiegel 3 gefüllt werden und ein Siliciumeinkristall 10 gezogen wird. L5 ist eine Eigenschaft, die erhalten wird, wenn die Anzahl an Tiegeldrehungen C/R auf 3 X Upm eingestellt wird.
Als ein Ergebnis der Experimente wurde bestätigt, dass im Siliciumeinkristall 10 mit der Eigenschaft L1, die erhalten wird, wenn die Anzahl an Tiegeldrehungen C/R auf X Upm eingestellt wurde, ein Fehler im Bereich vom Schulterbereich 10A zum oberen Teil des geraden Zylinderbereichs 10B auftrat. Im Gegensatz dazu, im Siliciumeinkristall 10 mit der Eigenschaft L2, die erhalten wird, wenn die Anzahl an Tiegeldrehungen C/R auf 3 X Upm eingestellt wurde, oder mit der Eigenschaft L3, die erhalten wurde, wenn sie auf 4 X Upm eingestellt wurde, wurde kein Auftreten eines Fehlers im Bereich vom Schulterbereich 10A zum oberen Teil des geraden Zylinderbereichs 10B beobachtet. Wie aus 13A und 13B erkannt wird, ist die Sauerstoffkonzentration Oi am geraden Zylinder von 0mm des Siliciumeinkristalls 10 mit der Eigenschaft L1, die erhalten wird, wenn die Anzahl an Tiegeldrehungen C/R eingestellt wird auf X Upm, kleiner als 9×10¹⁷ (Atome/cm³). Im Gegensatz dazu ist die Sauerstoffkonzentration Oi am geraden Zylinder von 0mm des Siliciumeinkristall 10 mit der Eigenschaft L2, die erhalten wird, wenn die Anzahl an Tiegeldrehungen C/R auf 3 X Upm eingestellt wird, oder mit der Eigenschaft L3, die erhalten wird, wenn sie auf 4 X Upm eingestellt wird, höher als 9×10¹⁷ (Atome/cm³).
Kein Auftreten eines Fehlers wurde im Bereich vom Schulterbereich 10A zum oberen Teil des geraden Zylinderbereichs 10B ebenfalls für die Vergleichsbeispiel L4 und L5 beobachtet. In den Vergleichsbeispielen L4 und L5 war die Sauerstoffkonzentration Oi am geraden Zylinder von 0mm des Siliciumeinkristalls 10 9×10¹⁷ (Atome/cm³) oder höher.
Obwohl in diesem Beispiel die Sauerstoffkonzentration Oi im Bereich vom Schulterbereich 10A zum oberen Teil des geraden Zylinderbereichs 10B des Siliciumeinkristalls 10 durch Einstellen der Anzahl der Drehungen des Quarztiegels 3 gesteuert wurde, während ein horizontales Magnetfeld auf die Siliciumschmelze 5 beaufschlagt wurde, kann die Sauerstoffkonzentration Oi im Bereich vom Schulterbereich 10A zum oberen Teil des geraden Zylinderbereichs 10B des Siliciumeinkristalls 10 gesteuert werden durch Einstellen der Anzahl an Drehungen C/R ohne Beaufschlagung eines horizontalen Magnetfelds.
Obwohl ferner in diesem Beispiel die Sauerstoffkonzentration Oi gesteuert wird durch Einstellen der Anzahl der Drehungen C/R des Quarztiegels 3, kann die Sauerstoffkonzentration Oi im Siliciumeinkristall 10 gesteuert werden durch Einstellen der Anzahl an Drehungen S/R der Ziehwelle, der Argongasflussgeschwindigkeit oder des Ofendrucks. Ebenfalls kann in diesem Falle eine Methode zum Beaufschlagen eines horizontalen Magnetfelds auf die Siliciumschmelze 5 in Kombination verwendet werden, um die Kontrollierbarkeit der Sauerstoffkonzentration Oi zu verbessern.
Wie aus den Ergebnissen der obigen Simulationen und Experimente erkannt wird, wird der Siliciumeinkristall 10, der unter dem Auftreten eines Fehlers im Bereich vom Schulterbereich 10A zum oberen Teil des geraden Zylinderbereichs 10B leidet, wie folgt gekennzeichnet.

a) Ein Fehler tritt lediglich auf, wenn der Siliciumeinkristall 10 unter Bedingungen gezogen wird, die dem 1-reichen Bereich entsprechen.
b) Der Siliciumeinkristall 10, der unter dem Auftreten eines Fehlers leidet, weist eine Sauerstoffkonzentration Oi von kleiner als 9,0×10¹⁷ Atome/cm³ im Bereich vom Schulterbereich 10A zum oberen Teil des geraden Zylinderbereichs 10B auf.
c) Der Siliciumeinkristall 10, der unter dem Auftreten eines Fehlers leidet, weist einen hohen thermischen Spannungswert im Verlaufe des Ziehens des Kristalls vom Schulterbereich 10A zum oberen Teil des geraden Zylinderbereichs 10B auf.

Es kann auf der Basis von a), b) und c) geschätzt werden, dass der Mechanismus, um zu entscheiden, ob ein Fehler auftritt oder nicht, in 14 gezeigt ist.
Spezifischerweise, wenn eine thermische Spannung (102) auf einen Bereich des Siliciumeinkristalls 10 beaufschlagt wird, wo Versetzungsschlaufencluster (101) erzeugt werden, ist die Kristallfestigkeit hoch (104), sofern die Sauerstoffkonzentration Oi hoch ist (9,0×10¹⁷ Atome/cm³ oder höher; 103) und somit kein Fehler auftritt (105). Wenn im Gegensatz dazu eine thermische Spannung (102) auf einen Bereich des Siliciumeinkristalls 10 beaufschlagt wird, wo Versetzungsschlaufencluster erzeugt werden (101), ist die Kristallfestigkeit (107) gering, wenn die Sauerstoffkonzentration Oi gering ist (kleiner als 9,0×10¹⁷ Atome/cm³; 106), daher tritt ein Fehler (108) auf.
Wenn man berücksichtigt, die Kristallfestigkeit durch Erhöhung der Sauerstoffkonzentration Oi zu verbessern, kann die Sauerstoffkonzentration Oi nicht gesteuert werden, bis der Kristall zu einem Endteil des Schulterbereichs 10A gezogen worden ist. Wenn die Länge des Schulterbereichs 10A auf 220mm eingestellt ist, bedeutet das Endteil des Schulterbereichs 10A einen Bereich unterhalb der 200mm Position.
Als ein Ergebnis sind die folgenden Erkenntnisse gefunden wurden.

1) Um das Auftreten eines Fehlers im Bereich vom Schulterbereich 10A zum oberen Teil des geraden Zylinderbereichs 10B zu eliminieren, sollte der Siliciumeinkristall 10 unter Bedingungen gezogen werden, so dass die Sauerstoffkonzentration Oi 9,0×10¹⁷ Atome/cm³ oder höher im Bereich vom Schulterbereich 10A zum oberen Teil des geraden Zylinderbereichs 10B des Siliciumeinkristalls 10 ist.
2) Um ein Auftreten eines Fehlers im Bereich vom Schulterbereich 10A zum oberen Teil des geraden Zylinderbereichs 10B zu eliminieren, sollte der Siliciumeinkristall 10 unter Bedingungen gezogen werden, so dass der thermische Spannungswert im Kristallmittelteil im Verlauf des Bildens des Siliciumeinkristalls 10 vom Schulterbereich 10A zum oberen Teil des geraden Zylinderbereichs 10B gleich oder kleiner ist als der thermische Spannungswert, der veranlasst, dass kein Fehler auftritt, ausgehend von interstitiell-artigen Punktdefekten im Bereich vom Schulterbereich 10A zum oberen Teil des geraden Zylinderbereichs 10B des Siliciumeinkristalls 10 (beispielsweise 7.1MPa oder weniger).
3) Um ein Auftreten eines Fehlers im Bereich vom Schulterbereich 10A zum oberen Teil des geraden Zylinderbereichs 10B zu eliminieren, sollte der Siliciumeinkristall 10 unter Bedingungen gezogen werden, so dass die Sauerstoffkonzentration Oi 9,0×10¹⁷ Atome/cm³ oder höher im Bereich vom Schulterbereich 10A zum oberen Teil des geraden Zylinderbereichs 10B des Siliciumeinkristalls 10 ist, und so dass der thermische Spannungswert im Kristallmittelteil im Verlaufe des Bildens des Siliciumeinkristalls 10 vom Schulterbereich 10A zum oberen Teil des geraden Zylinderbereichs 10B gleich oder geringer ist als der thermische Spannungswert, der veranlasst, dass kein Fehler auftritt, beginnend von interstitiell-artigen Punktdefekten im Bereich vom Schulterbereich 10A zum oberen Teil des geraden Zylinderbereichs 10B des Siliciumeinkristalls 10 (beispielsweise 7,1MPa oder weniger).

Spezifische Mittel zum Verkörpern von 1), 2) und 3) werden beschrieben.
Das spezifische Mittel zum Steuern der Sauerstoffkonzentration Oi schließt Mittel zum Einstellen der Anzahl an Tiegeldrehungen C/R, der Anzahl an Ziehwellendrehungen S/R, der Argongasflussgeschwindigkeit, des Ofendrucks oder des horizontalen Magnetfeld, das auf die Schmelze 5 beaufschlagt wird, ein.
Spezifische Mittel zum Steuern des thermischen Spannungswerts werden beschrieben.
(Wiedereintauchzeit)
15 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen Seriennummern zum Spezifizieren von Einkristallziehvorrichtungen und zu ziehenden Barren veranschaulicht, und ob der Siliciumeinkristall wiedereingetaucht ist oder nicht.
Der Begriff „Wiedereintauchen“, wenn er hierin verwendet wird, bezieht sich auf eine Verarbeitung, die durchgeführt wird, wenn der Barren im Verlaufe des Ziehens des Siliciumeinkristalls 10 zerbröckelt, durch Eintauchen des Keimkristalls 14 nochmals in die Schmelze 5, zurückziehen der Schulter und Ziehen des Kristalls.
Ein Auftreten des Fehlers wurde in solchen Barren mit Seriennummern beobachtet, die durch die Pfeile in 15 angezeigt sind, im Bereich vom Schulterbereich 10A zum oberen Teil des geraden Zylinderbereichs 10B des Siliciumeinkristalls 10. Alle Barren mit den Seriennummern, in denen ein Fehlerauftreten beobachtet wurde, sind wieder eingetaucht worden.
Folglich kann erkannt werden, dass ein Fehler dazu neigt, beim Wiedereintauchen aufzutreten.
Daher wurden Experimente und Simulationen durchgeführt, um eine Beziehung zwischen dem Wiedereintauchen und dem Auftreten eines Fehlers zu untersuchen.
16 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen Seriennummern zum Spezifizieren von Einkristallziehvorrichtungen und zu ziehenden Barren und der Wiedereintauchzeit des Siliciumeinkristalls veranschaulicht.
Eine Definition der Wiedereintauchzeit wird unter Verwendung von 21 beschrieben. Die Wiedereintauchzeit wird definiert als eine Zeitdauer von der Zeit, zu der die Schulter sich erstmals zu expandieren beginnt (Bildung des Schulterbereichs 10A wird begonnen) bis zu der Zeit beginnend die Endbildung des Schulterbereichs 10A des Siliciumeinkristalls 10, um ein Endprodukt bereitzustellen.
21(a) zeigt einen Fall, bei dem der Einkristall 10 nicht nach Beginn der Bildung des Schulterbereichs 10A zerbröckelt, und daher ist die Wiedereintauchzeit null. Im Gegensatz dazu ist 21(b) ein Fall, bei dem der Siliciumneinkristall 10 zweimal zerbröckelt, ein Wiedereintauchen zweimal durchgeführt wird und ein Endprodukt nach dem dritten Eintauchen erhalten wird (die Anzahl an Zeiten variiert abhängig von den Situationen). In diesem Falle wird die Wiedereintauchzeit definiert durch eine Zeitdauer von der Zeit, zu der die Bildung des Schulterbereichs 10A erstmalig beginnt, bis zu der Zeit zum Beginn der Bildung des Schulterbereichs 10A des Siliciumeinkristalls 10 als ein Endprodukt, das heißt der Zeitdauer, die durch das zweimalige Eintauchen verschwendet wird (die Anzahl an Zeiten variiert abhängig von den Situationen).
Ein Auftreten eines Fehlers wurde in solchen Barren mit Seriennummern beobachtet, die durch die Pfeile in 16 bezeichnet sind, im Bereich vom Schulterbereich 10A zum oberen Teil des geraden Zylinderbereichs 10B des Siliciumeinkristalls 10. Es kann aus 16 erkannt werden, dass ein Fehler in dem Bereich vom Schulterbereich 10A zum oberen Teil des geraden Zylinderbereichs 10B des Siliciumeinkristalls 10 auftritt, wenn die Wiedereintauchzeit 40 Stunden überschreitet.
Untersuchungen wurden dann durchgeführt, um herauszufinden, warum die Durchführung des Wiedereintauchens und die ausgedehnte Wiedereintauchzeit im Auftreten eines Fehlers resultierten.
Die folgenden Phänomene finden statt, wenn ein Wiedereintauchen durchgeführt wird, die Wiedereintauchzeit verlängert wird und daher die verschwendete Zeit im Ziehverfahren verlängert wird.

d) Eine Anhaftung von amorphen Stoffen wird auf der inneren Seite der oberen Kammer 2T des CZ-Ofens 2 erhöht.
e) Ein Verarbeiten, um den Schulterbereich 10A zurück zuziehen, wird durchgeführt, um den Siliciumeinkristall 10 ohne Versetzung nach Wiedereintauchen zu ziehen. Als ein Ergebnis wird die Tiegelposition C/P höher eingestellt.
f) Ein Ausmaß an in einer Querrichtung des Quarztiegels 3 beobachteten Blasen wird erhöht, während die Blasen expandiert werden, um die Größe derselben zu erhöhen. Die Dicke des Quarztiegels 3 wird ebenfalls zusammen mit der Zunahme der Menge und der Expansion der Blasen erhöht.
g) Die Änderung in der Tiegelposition C/P und die oben beschriebene Änderung im Quarztiegel 3 verursachen eine Abweichung zwischen einem tatsächlichen Wert und einem eingestellten Wert des Zwischenraums 90.

Anschließend wurde eine Simulation durchgeführt, um herauszufinden, wie eine thermische Spannung, die auf dem Mittelteil des Siliciumeinkristalls 10 beaufschlagt wurde, variiert wurde, wenn die in d) bis g) oben beschriebenen Änderungen auftraten.
17 ist eine Tabelle, die die Simulationsergebnisse zusammenfasst.
Wie in 17 gezeigt ist, wurden die thermischen Spannungswerte (Mpa) in einem Kristallmittelteil (Spannungs-konzentrierter Bereich) im Verlaufe des Ziehens des Kristalls vom Schulterbereich 10A zum oberen Teil des geraden Zylinderbereichs 10B erhalten, während die Parameter bestehend aus verschwendeter Zeit während des Ziehens, ob die Schulter zurückgezogen wird oder nicht, der Tiegelposition C/P, der Kontamination auf der inneren Seite der oberen Kammer 2T, der Dicke des Quarztiegels (Menge und Expansion der Blasen), und des Zwischenraums 90 für jede der Situationen bestehend aus Referenzsituation, Situation 1, Situation 2, Situation 3 und Situation 4 geändert wurden.
Wie aus 17 erkannt wird, gibt es eine Korrelation zwischen der verschwendeten Zeit während des Ziehens und der Kontamination auf der inneren Seite der oberen Kammer 2T. Wenn die verschwendete Zeit während des Ziehens erhöht wird, wird die Kontamination auf der inneren Seite der oberen Kammer 2T ebenfalls erhöht. Wenn die verschwendete Zeit während des Ziehens erhöht wird, um dadurch die Kontamination auf der inneren Seite der oberen Kammer 2T zu erhöhen, wird der thermische Spannungswert im Kristallmittelteil erhöht.
Im Falle der Referenzsituation und von Situation 1 ist die verschwendete Zeit während des Ziehens kurz, daher ist die Kontamination auf der inneren Seite der oberen Kammer 2T auf einem geringen Niveau, und der thermische Spannungswert im Kristallmittelteil ist gering (7,07Mpa bzw. 7,14Mpa). In der Situation 2, Situation 3 und Situation 4 ist im Gegensatz dazu die verschwendete Zeit während des Ziehens lang, daher ist die Kontamination auf der inneren Seite der oberen Kammer 2T auf einem hohen Niveau, und der thermische Spannungswert im Kristallmittelteil ist hoch (7,78Mpa, 7,79Mpa bzw. 7,9Mpa).
18A und 18B sind Diagramme zum Einschätzen aus den Simulationsergebnissen von 17 einer kausalen Beziehung zwischen der Kontamination auf der inneren Seite einer oberen Kammer, dem thermischen Spannungswert im Kristallmittelteil und dem Fehler. 18A veranschaulicht einen Fall, bei dem eine Kontamination auf der inneren Seite der oberen Kammer 2T auf einem geringen Niveau ist, und 18B veranschaulicht einen Fall, bei dem eine Kontamination auf der inneren Seite der oberen Kammer 2T auf einem hohen Niveau ist.
Wie in 18 gezeigt ist, wenn der Siliciumeinkristall 10 direkt ohne Wiedereintauchen gezogen wird, gibt es keine Änderung in der Ofenumgebung, beispielsweise werden keine amorphen Stoffe durch Rückschmelzen oder dergleichen erzeugt. Daher erlangt die Kontamination auf der inneren Seite der oberen Kammer 2T ein geringes Niveau. Wenn ein Wiedereintauchen durchgeführt wird, wird die Änderung in der Ofenumgebung klein sein, wenn die verschwendete Zeit während des Ziehens kurz ist, und daher wird die Kontamination auf der inneren Seite auf der oberen Kammer 2T gering sein. Wenn die Kontamination auf der inneren Seite der oberen Kammer 2T gering ist, wird in dieser Art und Weise die Strahlungswärme von der Innenseite der oberen Kammer 2T erhöht und Wärme, die aus dem Siliciumeinkristall 10 emittiert wird, wird reduziert. Daher wird der Siliciumeinkristall 10 langsam abgekühlt und der Temperaturunterschied ΔT zwischen dem Kristallmittelteil und der Außenseite des Kristalls wird kleiner. Dies reduziert die thermische Spannung im Kristallmittelteil. Kein Fehler tritt auf, da die thermische Spannung im Kristallmittelteil klein ist.
Wie in 18B gezeigt ist, wenn eine Wiedereintauchung durchgeführt wird und die verschwendete Zeit während des Ziehens lang ist, wird im Gegensatz dazu die Ofenumgebung verschlechtert, beispielsweise die Menge an amorphen Stoffen, die durch Rückschmelzen erzeugt wird, wird erhöht. Folglich wird die Kontamination auf der inneren Seite der oberen Kammer 2T in Proportion zur verbrauchten Zeit erhöht. Wenn die Kontamination auf der inneren Seite der oberen Kammer 2T auf einem hohen Niveau ist, wird die Strahlungswärme aus dem inneren der oberen Kammer 2T reduziert, und Wärme, die aus dem Siliciumeinkristall 10 emittiert wird, wird erhöht. Daher wird der Siliciumeinkristall 10 schnell abgekühlt, und die Temperaturdifferenz ΔT zwischen dem Kristallmittelteil und der Außenseite des Kristalls wird größer. Dies erhöht die thermische Spannung im Kristallmittelteil, und daher tritt ein Fehler auf.
Es kann aus dem obigen erkannt werden, dass, um das Auftreten eines Fehlers zu vermeiden, der Siliciumeinkristall 10 unter Bedingungen gezogen werden sollte, so dass die Wiedereintauchungszeit innerhalb von 40 Stunden ist. Um zusätzlich das Auftreten eines Fehlers zu vermeiden, sollte der Siliciumeinkristall ohne Wiedereintauchen nach Eintauchen des Keimkristalls 14 in die Schmelze gezogen werden.
Es kann aus 18A und 18B, die oben beschrieben wurden, erkannt werden, dass es abhängig ist von der Größenordnung der auf den Siliciumeinkristall 10 beaufschlagten Strahlungswärme, ob ein Fehler auftritt oder nicht. Daher ist es ebenfalls möglich, dass Auftreten eines Fehlers zu unterdrücken durch Einstellen der Größenordnung der auf dem Siliciumeinkristall 10 beaufschlagten Strahlungswärme in einer stabilen Weise, die schwierig zu verändern ist. Beispielsweise sind einige der Einkristallziehvorrichtungen 1 mit einer Spülleitung zum Liefern von Argongas 7 oberhalb des CZ-Ofens 2 nach unten in Richtung auf die Schmelze 5 versehen. In solchen Vorrichtungen fungiert die Spülleitung dazu, die Strahlungswärme, die auf den Siliciumeinkristall 10 beaufschlagt wird, zu stabilisieren und die Abkühlgeschwindigkeit des Siliciumeinkristalls 10 zu stabilisieren. Dies verhindert das Auftreten eines Fehlers.
(Zwischenraum)
Wie aus 17 erkannt wird, wurde ferner eine gewisse Korrelation zwischen dem Zwischenraum 90 zwischen dem unteren Ende der Wärmeabschirmplatte 8 und der Schmelzoberfläche 5a und der thermischen Spannung im Kristallmittelteil beobachtet.
Im Falle der Referenzsituation, Situation 1, Situation 2 und Situation 3 ist der Zwischenraum 90 groß (40 mm) und der thermische Spannungswert im Kristallmittelteil ist verhältnismäßig klein (7,07 MPa, 7,14 MPa, 7,78 MPa bzw. 7,79 MPa). Im Gegensatz dazu ist im Falle der Situation 4 der Zwischenraum 90 klein (35 mm), und der thermische Spannungswert im Kristallmittelteil ist verhältnismäßig groß (7,9 MPa).
19 ist ein Diagramm zum Einschätzen aus den Simulationsergebnissen von 17 einer kausalen Beziehung zwischen dem Zwischenraum, dem thermischen Spannungswert im Kristallmittelteil und dem Fehler.
In 19 bezeichnet 8A einen Zustand, in dem die Wärmeabschirmplatte 8 an einer Position nahe der Schmelzoberfläche 5a angeordnet ist und der Zwischenraum 90 klein ist, während 8B einen Zustand anzeigt, in welchem die Wärmeabschirmplatte 8 an einer Position entfernt von der Schmelzoberfläche 5a angeordnet ist und der Zwischenraum 90 groß ist.
In dem Zustand 8A, in dem der Zwischenraum 90 klein ist, wird Wärme, die von der Schmelzoberfläche 5a abgestrahlt wird, durch die Wärmeabschirmplatte 8 abgeschirmt, wodurch ein Abkühlen des Siliciumeinkristalls 10 leichter gemacht wird. Daher wird die Temperatur Differenz ΔT zwischen dem Kristallmittelteil und der Außenseite des Kristalls groß. Dies erhöht die thermische Spannung im Kristallmittelteil, was das Auftreten eines Fehlers verursacht.
Im Gegensatz dazu ist in Zustand 8B, in welchem der Zwischenraum 90 groß ist, die Wärme, die aus der Schmelzoberfläche 5a emittiert wird, schwierig durch die Wärmeabschirmplatte 8 abzuschirmen, und daher ist der Siliciumeinkristall schwierig abzukühlen. Daher wird die Temperaturdifferenz ΔT zwischen dem Kristallmittelteil und der Außenseite des Kristalls klein. Dies reduziert die thermische Spannung im Kristallmittelteil, was das Auftreten eines Fehlers unterdrückt.
Es kann aus dem obigen erkannt werden, dass, um das Auftreten eines Fehlers zu vermeiden, der Siliciumeinkristall 10 unter Bedingungen gezogen werden sollte, so dass der Zwischenraum 90 zwischen dem unteren Ende der Wärmeabschirmplatte 8 und der Schmelzoberfläche 5a groß ist.
Der Mechanismus, um zu entscheiden, ob ein Fehler auftritt oder nicht, kann wie in 20 gezeigt ist zusammengefasst werden.
Wie in 20(a) gezeigt ist, wenn ein Wiedereintauchen durchgeführt wird (201), wird eine längere Zeitdauer während des Ziehens verschwendet (202), was eine Verschlechterung der Ofenumgebung verursacht, wie erhöhte amorphe Stoffe aufgrund des Rückschmelzens. Gleichzeitig wird die Kontamination auf der inneren Seite der oberen Kammer 2T in Proportion zur verbrauchten Zeit erhöht. Wenn die Kontamination auf der inneren Seite der oberen Kammer 2T erhöht wird, wird die Strahlungswärme aus dem Inneren der oberen Kammer 2T reduziert, und Wärme, die aus dem Siliciumeinkristall 10 emittiert wird, wird erhöht (203). Daher wird der Siliciumeinkristall 10 schnell abgekühlt (204), und die Temperaturdifferenz zwischen dem Kristallmittelteil und der Außenseite des Kristalls wird größer. Dies erhöht die thermische Spannung im Kristallmittelteil (205). Folglich wird eine hohe thermische Spannung (205) auf einen Bereich des Siliciumeinkristalls 10 beaufschlagt, in welchem Versetzungsschlaufencluster als ein Ergebnis erzeugt worden sind, dass der Siliciumeinkristall 10 unter Bedingungen gezogen worden ist, die dem 1-reichen Bereich entsprechen (207). Wenn eine weitere Bedingung, dass die Sauerstoffkonzentration Oi gering ist (kleiner als 9,0×10¹⁷ Atome/cm³; 206), erfüllt ist, wird die Kristallfestigkeit gering, was im Auftreten eines Fehlers resultiert (207).
Im Gegensatz dazu, wie es in 20(b) gezeigt ist, sogar wenn ein Wiedereintauchen durchgeführt wird (301), wenn die während des Ziehens verschwendete Zeit kurz ist (innerhalb von 40 Stunden der Eintauchzeit) (302), ist die Änderung in der Ofenumgebung klein, und somit wird die Kontamination auf der inneren Seite der oberen Kammer 2T auf ein geringes Niveau kommen. Wenn die Kontamination auf der inneren Seite der oberen Kammer 2T gering ist, wird die Strahlungswärme vom inneren der oberen Kammer 2T erhöht, und die Wärme, die aus dem Siliciumeinkristall 10 emittiert wird, wird reduziert (303). Daher wird der Siliciumeinkristall 10 langsam abgekühlt (304), und die Temperaturdifferenz zwischen dem Kristallmittelteil und der Außenseite des Kristalls wird klein. Dies reduziert die thermische Spannung in Kristallmittelteil (305). Sogar wenn thermische Spannung auf einen Bereich des Siliciumeinkristalls 10 beaufschlagt wird, in dem Versetzungsschlaufencluster erzeugt worden sind als ein Ergebnis, dass der Siliciumeinkristall 10 unter Bedingungen gezogen worden ist, die dem 1-reichen Bereich entsprechen (307), ist die Sauerstoffkonzentration Oi gering (9,0×10¹⁷ Atome/cm³; 306), sofern die thermische Spannung gering ist (305), und kein Fehler wird auftreten, sogar wenn die Kristallfestigkeit gering ist (308).
Wie ferner in 20(c) gezeigt ist, wenn der Siliciumeinkristall 10 direkt ohne Wiedereintauchen gezogen wird, gibt es keine Änderung in der Ofenumgebung (beispielsweise keine amorphen Stoffe werden durch Rückschmelzen erzeugt), und die Kontamination auf der inneren Seite der oberen Kammer 2T wird auf ein geringes Niveau kommen (401). Wenn die Kontamination auf der inneren Seite der oberen Kammer 2T gering ist, wird die Strahlungswärme aus dem inneren der oberen Kammer 2T erhöht, und die Wärme, die aus dem Siliciumeinkristall 10 emittiert, wird reduziert. Daher wird der Siliciumeinkristall 10 langsam abgekühlt, und die Temperaturdifferenz zwischen dem Kristallmittelteil und der Außenseite des Kristalls wird klein. Dies reduziert die thermische Spannung im Kristallmittelteil (402). Sogar wenn thermische Spannung auf einen Bereich des Siliciumeinkristalls 10 beaufschlagt wird, in dem Versetzungsschlaufencluster als ein Ergebnis erzeugt worden sind, dass der Siliciumeinkristall 10 unter Bedingungen gezogen worden ist, die dem 1-reichen Bereich entsprechen (404) ist die Sauerstoffkonzentration Oi gering (kleiner als 9,0×10¹⁷ Atome/cm³; 403) sofern die thermische Spannung gering ist (402). Folglich tritt kein Fehler, sogar wenn die Kristallfestigkeit gering ist (405), auf
Figurenliste

1A bis 1E sind Diagramme, die eine Beziehung zwischen Defektarten und Punktdefektkonzentrationen in einem Siliciumeinkristall veranschaulichen;
2 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Einkristallziehvorrichtung in einer Ausführungsform veranschaulicht;
3A und 3B sind Diagramme, die schematisch eine Versetzung veranschaulichen, die in einem Siliciumeinkristall in Übereinstimmung mit Wachstumsraten auftritt;
4A und 4B sind Diagramme, die schematisch einen Schulterbereich, einen geraden Zylinderbereich und einen Endbereich eines Siliciumeinkristalls veranschaulichen;
5A bis 5D veranschaulichen Röntgenstrahlenuntersuchungsergebnisse, wobei 5A eine Fotografie einer Probe ist, bei der ein Fehler aufgetreten ist, 5C eine vergrößerte Ansicht des Bereichs ist, wo der Fehler der Probe nach 5A aufgetreten ist, 5B eine Fotografie einer Probe ist, in der kein Fehler aufgetreten ist, und 5D eine vergrößerte Ansicht eines äquivalenten Bereichs ist;
6A bis 6B Röntgenstrahlenuntersuchungsergebnisse veranschaulichen, wobei 6A eine Fotografie einer Probe ist, in der ein Fehler aufgetreten ist, und 6B eine Fotografie einer Probe ist, in der kein Fehler aufgetreten ist;
7A, 7B, 7C, 7D, 7E und 7F Diagramme sind, die eine Temperaturverteilung in einem Mittelteil eines Siliciumeinkristalls und eine thermische Spannungsverteilung in verschiedenen Teilen des Kristalls während des Verfahrensziehens eines Siliciumeinkristalls 10 veranschaulichen;
8 ein Diagramm ist, das eine Beziehung zwischen Ziehhöhe, Temperatur und Spannung in Verbindung mit 7 veranschaulicht;
9 ein Diagramm ist, das eine Verteilung der thermischen Spannungswerte veranschaulicht, während zwei unterschiedliche Fälle verglichen werden, in denen Bedingungen, wie Schulterform und Kristallziehrate unterschiedlich eingestellt sind, wobei die zwei Fälle nebeneinander gestellt auf den gegenüberliegenden Seiten der Mitte des Kristalls gezeigt sind;
10A und 10B Diagramme sind, die im Vergleich Siliciumeinkristallproben mit unterschiedlichen Schulterformen veranschaulichen;
11A und 11B Diagramme sind, die im Vergleich Siliciumeinkristallproben mit unterschiedlichen Schulterformen veranschaulichen;
12 ein Diagramm ist, das eine Beziehung zwischen einer Position in der axialen Richtung eines Siliciumeinkristalls und einer Anzahl an Drehungen des Tiegels veranschaulicht;
13A und 13B sind Diagramme, die in Verbindung mit 12 eine Beziehung zwischen der Position in der axialen Richtung eines Siliciumeinkristalls und der Sauerstoffkonzentration Oi (Atome/cm³) im Siliciumeinkristall veranschaulichen;
14 ein Diagramm ist, das einen Mechanismus veranschaulicht, um zu entscheiden, ob ein Fehler auftritt oder nicht;
15 ein Graph ist, der eine Beziehung zwischen einer Seriennummer zum Spezifizieren von Einkristallziehvorrichtungen und zu ziehenden Barren veranschaulicht, und ob der Siliciumeinkristall wieder eingetaucht ist oder nicht;
16 ein Graph ist, der eine Beziehung zwischen Seriennummern zum Spezifizieren von Einkristallziehvorrichtungen und zu ziehenden Barren und der Wiedereintauchzeit des Siliciumeinkristalls veranschaulicht;
17 ist eine Tabelle, die Simulationsergebnisse zusammenfasst;
18A und 18B sind Diagramme zum Einschätzen aus den Simulationsergebnissen der 17 einer kausalen Beziehung zwischen der Kontamination auf der inneren Seiten einer oberen Kammer, der thermischen Spannung im Kristallmittelteil und des Fehlers;
19 ein Diagramm ist zum Einschätzen aus den Simulationsergebnisse von 17 einer kausalen Beziehung zwischen Zwischenraum, thermischer Spannung im Kristallmittelteil und dem Fehler.
20A, 20B und 20C sind Diagramme, die einen Mechanismus veranschaulichen, um zu entscheiden, ob ein Fehler auftritt oder nicht;
21A und 21B sind Diagramme, die zum Erklären der Wiedereintauchzeit verwendet werden.

Bezugszeichenliste

1:: Einkristallziehvorrichtung
2:: CZ-Ofen
2T:: obere Kammer
10:: Siliciumeinkristall
10A:: Schulterbereich
10B:: gerader Zylinderbereich

Claims

Herstellungsverfahren für Siliciumwafer, das so ausgelegt ist, um einen Siliciumwafer aus einem Siliciumeinkristall zu erhalten, der hergestellt wird durch Eintauchen eines Keimkristalls in eine Siliciumschmelze, die in einem Quarztiegel enthalten ist, und dann Ziehen und Wachsen des Siliciumeinkristalls, wobei, wenn der Siliciumeinkristall unter Bedingungen gezogen wird und wächst, so dass eine gesamte Querschnittsfläche des Barrens des Siliciumeinkristalls so gestaltet ist, dass die Querschnittsfläche senkrecht zu der Zug- und Wachtumssrichtung des Barrens einem Versetzungsschlau-fenclusterbereich entspricht, der Siliciumeinkristall unter Bedingungen gezogen wird, so dass eine Sauerstoffkonzentration in einem Bereich des Siliciumeinkristalls von seinem Schulterbereich zu einem oberen Teil seines geraden Zylinderbereichs gleich 9,0 × 10¹⁷ Atome/cm³ oder höher ist, bei der kein Fehler auftritt, beginnend von Versetzungsschlaufenclustem.
Herstellungsverfahren für Siliciumwafer nach Anspruch 1, wobei die Sauerstoffkonzentration im Bereich des Siliciumeinkristalls vom Schulterbereich zum oberen Teil des geraden Zylinderbereichs gesteuert wird durch Einstellen der Anzahl an Drehungen des Quarztiegels.
Herstellungsverfahren für Siliciumwafer nach Anspruch 1, wobei die Sauerstoffkonzentration im Bereich des Siliciumeinkristalls vom Schulterbereich zum oberen Teil des geraden Zylinderbereichs gesteuert wird durch Einstellen der Anzahl an Drehungen des Quarztiegels, während ein Magnetfeld auf die Siliciumschmelze beaufschlagt wird.
Herstellungsverfahren für Siliciumwafer, das so ausgelegt ist, um einen Siliciumwafer aus einem Siliciumeinkristall zu erhalten, der hergestellt wird durch Eintauchen eines Keimkristalls in eine Silciumschmelze, die in einem Quarztiegel enthalten ist, und dann Ziehen und Wachsen des Siliciumeinkristalls, wobei, wenn der Siliciumeinkristall unter Bedingungen gezogen wird und wächst, so dass eine gesamte Querschnittsfläche des Barrens des Siliciumeinkristalls so gestaltet ist, dass die Querschnittsfläche senkrecht zu der Zug- und Wachstumsrichtung des Barrens einem Versetzungsschlau-fenclusterbereich entspricht, der Siliciumeinkristall unter Bedingungen gezogen wird, so dass ein thermischer Spannungswert in einem Kristallmittelteil im Verlaufe des Bildens des Silciumeinkristalls von seinem Schulterbereich zu einem oberen Teil seines geraden Zylinderbereichs gleich oder kleiner ist als ein thermischer Spannungswert, bei dem kein Fehler im Bereich des Siliciumeinkristalls vom Schulterbereich zum oberen Teil des geraden Zylinderbereichs, beginnend von Versetzungsschlaufenclustern, auftritt, wobei der Siliciumeinkristall unter Bedingungen gezogen wird, so dass eine Wiedereintauchzeit, welche eine Zeitdauer von der Zeit, zu der die Schulter sich erstmals zu expandieren beginnt, bis zu der Zeit eines Beginnens der Endbildung des Schulterbereichs des Siliziumeinkristalls, um ein Endprodukt bereitzustellen, ist, innerhalb von 40 Stunden ist.
Herstellungsverfahren für Siliciumwafer nach Anspruch 4, wobei der Siliciumeinkristall ohne Wiedereintauchen nach Eintauchen des Keimkristalls in die Schmelze gezogen wird.
Herstellungsverfahren für Siliciumwafer, das so ausgelegt ist, um einen Siliciumwafer aus einem Siliciumeinkristall zu erhalten, der hergestellt wird durch Eintauchen eines Keimkristalls in eine Siliciumschmelze, die in einem Quarztiegel enthalten ist, und dann Ziehen und Wachsen des Siliciumeinkristalls, wobei, wenn der Siliciumeinkristall unter Bedingungen gezogen wird und wächst, so dass eine gesamte Querschnittsfläche des Barrens des Siliciumeinkristalls so gestaltet ist, dass die Querschnittsfläche senkrecht zu der Zug- und Wachstumsrichtung des Barrens einem Versetzungsschlau-fenclusterbereich entspricht, der Siliciumeinkristall unter Bedingungen gezogen wird, so dass: eine Sauerstoffkonzentration in einem Bereich des Siliciumeinkristalls von seinem Schulterbereich zu einem oberen Teil seines geraden Zylinderbereichs gleich 9,0 × 10¹⁷ Atome/cm³ oder höher ist, bei der kein Fehler auftritt, beginnend von Versetzungsschlaufenclustern; und der thermische Spannungswert in einem Kristallmittelteil im Verlaufe des Bildens des Siliciumeinkristalls von seinem Schulterbereich zum oberen Teil seines geraden Zylinderbereichs gleich oder kleiner ist als ein thermischer Spannungswert, bei dem kein Fehler im Bereich des Siliciumeinkristalls vom Schulterbereich zum oberen Teil des geraden Zylinderbereichs, beginnend von den Versetzungsschlaufenclustem, auftritt, wobei der Siliciumeinkristall unter Bedingungen gezogen wird, so dass eine Wiedereintauchzeit, welche eine Zeitdauer von der Zeit, zu der die Schulter sich erstmals zu expandieren beginnt, bis zu der Zeit eines Beginnens der Endbildung des Schulterbereichs des Siliziumeinkristalls, um ein Endprodukt bereitzustellen, ist, innerhalb von 40 Stunden ist.