DE112009000986T5 - Einkristall-Wachstumsverfahren und Einkristall-Ziehvorrichtung - Google Patents

Einkristall-Wachstumsverfahren und Einkristall-Ziehvorrichtung Download PDF

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Kosei Sugawara
Ryoji Hoshi
Masanori Takazawa
Yuuichi Echizen Miyahara
Atsushi Echizen Iwasaki
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Abstract

Silizium-Einkristall-Wachstumsverfahren zum Ziehen und Züchten eines Einkristalls aus einer Schmelze eines in einem Quarztiegel aufgeschmolzenen Silizium-Rohmaterials nach einer Czochralski-Methode, umfassend die Schritte von: Anlegen einer Gleichspannung in einer solchen Weise, dass eine äußere Wand des Quarztiegels als eine positive Elektrode dient und eine in die Schmelze des Silizium-Rohmaterials eingetauchte Elektrode als eine negative Elektrode dient, wobei die eingetauchte Elektrode von einem Ziehelement zum Ziehen des Einkristalls getrennt angeordnet ist; und Züchten des Einkristalls mit dem Ziehelement während des Durchfließens eines elektrischen Stroms durch die Elektrode.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Silizium-Einkristall-Wachstumsverfahren und eine in diesem Verfahren verwendete Einkristall-Ziehvorrichtung, und insbesondere auf ein Silizium-Einkristall-Wachstumsverfahren und Silizium-Einkristall-Ziehvorrichtung, geeignet zur Verbesserung der Ausbeute und Produktivität eines hochwertigen Einkristalls.
  • HINTERGRUND
  • Zur Herstellung von Silizium-Einkristallen zur Verwendung für Halbleitersubstraten sind verschiedene Verfahren bekannt und umfassen zum Beispiel das Czochralski-Verfahren (im Folgenden als ”CZ-Verfahren” bezeichnet), welches weithin als ein Dreh-Zieh-Verfahren angenommen wurde.
  • 5 ist eine schematische Ansicht eines wesentlichen Aufbaus einer Ziehvorrichtung, angepasst an ein Silizium-Einkristall-Wachstumsverfahren, basierend auf dem CZ-Verfahren.
  • Die Ziehvorrichtung hat ein äußeres Erscheinungsbild, aufgebaut aus einer Kammer (nicht gezeigt), und Schmelztiegel, die in der Mitte der Vorrichtung angeordnet sind. Die Schmelztiegel haben eine Doppelstruktur, welche aus einem inneren Haltegefäß aus Quarz aufgebaut ist, das eine zylindrische Form mit einem Boden aufweist (im Folgenden einfach als ”Quarztiegel 1a” bezeichnet), und aus einem äußeren Haltegefäß aus Graphit, das auch eine zylindrische Form mit einem Boden aufweist, welches zum Halten einer äußeren Oberfläche des Quarztiegels 1a angepasst ist (im Folgenden einfach als ”Graphittiegel 1b” bezeichnet).
  • Diese Schmelztiegel sind an einem oberen Ende einer Tragwelle 6 derart befestigt, dass die Schmelztiegel gedreht und nach oben und nach unten verschoben werden. Ein Heizwiderstandserhitzer 2 ist außerhalb der Schmelztiegel im Wesentlichen konzentrisch angeordnet, und ein in dem Quarztiegel eingebrachtes Silizium-Rohmaterial eines vorbestimmten Gewichts mittels des Erhitzers 2 aufgeschmolzen wird, um eine Schmelze 3 zu bilden.
  • Ein Ziehdraht (oder eine Ziehwelle, und im Folgenden Kombination von diesen wird als ein ”Ziehelement 5” bezeichnet) ist so konfiguriert, dass es sich um dieselbe Achse mit der Tragwelle 6 bei einer vorbestimmten Geschwindigkeit in dieselbe Richtung oder die Gegenrichtung der Tragwelle dreht, entlang einer Mittelachse des mit der Schmelze 3 gefüllten Schmelztiegels angeordnet ist, und ein Impfkristall 7 an einem unteren Ende des Ziehelements 5 gehalten ist.
  • In einer solchen Ziehvorrichtung wird das Silizium-Rohmaterial in dem Quarztiegel eingebracht und wird mittels des um die Schmelztiegel angeordneten Erhitzers in einer Inertgasatmosphäre unter reduziertem Druck aufgeschmolzen, mit anschließendem Eintauchen des an dem unteren Ende des Ziehelements gehaltenen Impfkristalls in eine Oberfäche der gebildeten Schmelze, und mit anschließendem Ziehen des Ziehelements unter Drehung der Schmelztiegel und des Ziehelements, um einen Kristall von einer unteren Endfläche des Impfkristalls zu züchten.
  • Zum Beseitigen von Versetzungen, die inhärent in dem Impfkristall enthalten sind, sowie Versetzungen, die durch thermischen Schock bei Kontakt mit der Schmelze entstehen, nach der Einschnürung zur Verengung eines Kristalls, der aus der unteren Endfläche des Impfkristalls auf einen Durchmesser von etwa 3 mm gezüchtet wird, wird ein Konusteil zum Bilden eines Körpers mit einem vorbestimmten Durchmesser (ein Teil mit konstantem Durchmesser) gebildet, und ein Silizium-Einkristall 4 wird anschließend auf einen vorbestimmten Durchmesser gezüchtet. Währenddessen wird der Quarztiegel in dieselbe Richtung oder die Gegenrichtung des Impfkristalls gedreht. Bei Erreichen einer Ziehlänge des Einkristalls wird eine den Schwanz einschnürende Operation seines Endteils durchgeführt, wobei das Züchten des Einkristalls vollendet wird.
  • Wie oben beschrieben, wird beim Ziehen des Silizium-Einkristalls nach der CZ-Methode die durch Schmelzen des Silizium-Rohmaterials erhaltene Schmelze in dem Quarztiegel unter dem Tiegel mit der Doppelstruktur gehalten. Wenn der Quarztiegel die Silizium-Schmelze enthält, wird eine Oberfläche des Quarztiegels einer Hochtemperatur von 1500°C oder höher unterworfen, und die dafür benötigte Zeit beläuft sich typischerweise auf mehrere Zehner Stunden oder länger, allerdings unterscheidet sich diese Zeit je nach Bedingungen, wie beispielsweise einer Füllmenge des Silizium-Rohmaterials, einer Kristallwachstumsgeschwindigkeit, und dergleichen.
  • Zur Steigerung der Produktivität und Ausbeute des Ziehens des Einkristalls wurde darüber hinaus in jüngster Zeit ein Wiederaufladungs-Ziehverfahren entwickelt (das RCCZ-Verfahren; siehe beispielsweise "Semiconductor silicon crystal engineering", Seiten 72–73, Fumio Shimura, MARUZEN Co., Ltd.); in dem oben beschriebenen Wiederaufladungs-Ziehverfahren kann die Zeit, in der der Quarztiegel einer Silizium-Schmelze unterworfen wird, 100 Stunden überschreiten.
  • Typischerweise wird brauner Cristobalit, ein so genannter ”bräunlicher Ring”, an einer inneren Wandoberfläche des Quarztiegels während des Kontakts des Quarztiegels mit der Silizium-Schmelze in einer Hochtemperaturstufe gebildet, und die bräunlichen Ringe werden allmählich gezüchtet. Wenn die bräunlichen Ringe von dem Quarztiegel während eines Ziehverfahrens des Einkristalls getrennt werden, behindern die bräunlichen Ringe das Wachstum des Kristalls und bewirken die Erzeugung von Versetzungen eines Einkristalls in dem Kristall).
  • Zur Verhinderung der Erzeugung von Versetzungen in dem Einkristall, verursacht durch Kristallisation der inneren Oberfläche des Tiegels, wie oben beschrieben, wurde ein Verfahren zur Erzeugung einer Entglasung an der inneren Wandoberfläche des Quarztiegels offenbart, was bewirkt, dass der Quarztiegel eine, zwei oder mehrere Art(en) von Alkalimetallen Na, K und Li enthält, und durch Anlegen einer Gleichspannung eines konstanten Werts in einer solchen Weise, dass eine äußere Wand des Quarztiegels als eine positive Elektrode dient, und ein Impfkristall (eine Silizium-Einkristallseite, eine Ziehelementseite) als eine negative Elektrode dient (siehe beispielsweise Offenlegungsschrift der japanischen Patentanmeldung (Kokai) Nr. 2006-36568 ).
  • Da eine Gleichspannung in einer solchen Weise angelegt wird, dass die Silizium-Einkristallseite während des Ziehschritts des Einkristalls als eine negative Elektrode dient, entsteht jedoch bei Verwendung des oben beschriebenen Verfahrens das Problem, dass hohe Konzentrationen von Alkalimetallen (insbesondere Li) in den Kristall aufgenommen werden, und dass ein anormales Wachstum eines Oxidfilms durch Li in dem Kristall in einer thermischen Oxidationsbehandlung nach Waferverarbeitung verursacht wird.
  • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, ein Einkristall-Wachstumsverfahren und ein Einkristall-Ziehvorrichtung bereitzustellen, in welcher in einem Wachstumsverfahren des Silizium-Einkristalls eine geeignete kristallisierte Schicht, d. h. die Entglasung an der inneren Wandoberfläche des Quarztiegels erzeugt werden kann, wodurch die Erzeugung von Versetzungen in dem Einkristall-Wachstum verhindert werden kann; die Ausbeute und Produktivität des Einkristalls verbessert werden kann; die Alkalimetalle, wie beispielsweise Li, von der Aufnahme in den Silizium-Einkristall während des Ziehens des Einkristalls verhindert werden kann, und dadurch das abnormale Wachstum des Oxidfilms bei einer thermischen Oxidationsbehandlung nach der Waferverarbeitung unterdrückt werden kann.
  • Um die vorstehenden Probleme zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung ein Silizium-Einkristall-Wachstumsverfahren zum Ziehen und Züchten eines Einkristalls aus einer Schmelze eines in einem Quarztiegel nach der Czochralski-Methode aufgeschmolzenen Silizium-Rohmaterials bereit, umfassend die Schritte von: Anlegen einer Gleichspannung in einer solchen Weise, dass eine äußere Wand des Quarztiegels als eine positive Elektrode dient und eine in die Schmelze des Silizium-Rohmaterials eingetauchte Elektrode als eine negative Elektrode dient, wobei die eingetauchte Elektrode getrennt von einem Ziehelement zum Ziehen des Einkristalls angeordnete ist; und Züchten des Einkristalls mit dem Ziehelement unter Durchfließen eines elektrischen Stroms durch die Elektrode.
  • Wenn die Gleichspannung angelegt wird, um den elektrischen Strom durch die von dem Ziehelement zum Ziehen des Einkristalls getrennt angeordnete Elektrode fließen zu lassen, kann auf diese Weise geeignete Entglasung an der inneren Wandoberfläche des Quarztiegels ausreichend erzeugt werden, wodurch die Erzeugung von Versetzungen in dem Einkristall-Wachstum verhindert werden kann, und die Ausbeute und Produktivität des Einkristalls somit verbessert werden können. Da das Ziehelement nicht als eine Elektrode verwendet wird, können zusätzlich die Alkalimetalle von der Aufnahme in den Einkristall während des Wachstums des Einkristalls verhindert werden, und somit kann das anormale Wachstum des Oxidfilms in einer thermischen Oxidationsbehandlung nach Waferverarbeitung unterdrückt werden.
  • Darüber hinaus wird in dem Wachstumsverfahren der vorliegenden Erfindung vorzugsweise der Quarztiegel verwendet, welcher aus der äußeren Wand aus natürlichem Quarz, enthaltend Alkalimetalle, und einer inneren Wand aus synthetischem Quarz mit einem niedrigerem Alkalimetallgehalt als der natürliche Quarz besteht.
  • Dadurch kann der Quarztiegel ausreichend Alkalimetalle enthalten, die zur Entglasung notwendig sind, und die innere Wand, welche in direktem Kontakt mit der Schmelze des Silizium-Rohmaterials kommt, kann einen hohen Reinheitsgrad aufweisen.
  • Darüber hinaus kann in dem Wachstumsverfahren der vorliegenden Erfindung der durch die Elektrode durchfließende elektrische Strom ein Konstantstrom von nicht weniger als 0,1 mA und nicht mehr als 20 mA sein, oder die zwischen der Elektrode und der äußeren Wand des Quarztiegels angelegte Spannung kann eine Konstantspannung von nicht weniger als 0,1 V und nicht mehr als 30 V sein.
  • Wenn ein Wert von elektrischem Strom oder ein Spannungswert in dem oben beschriebenen Bereich so ausgewählt wird, um in der Lage zu sein, die geeignete Entglasung zu erzeugen, kann die Erzeugung von Versetzungen in dem Einkristall-Wachstum verhindert werden, die Ausbeute und Produktivität des Einkristalls können verbessert werden und die Alkalimetalle können effektiver von der Aufnahme in den Einkristall während des Wachstums des Einkristalls verhindert werden.
  • Darüber hinaus ist in dem Wachstumsverfahren der vorliegenden Erfindung bevorzugt, dass ein Entglasungs-Flächenverhältnis Vc/Vi 20% oder mehr wird, wobei Vc eine an einer inneren Wandoberfläche des Quarztiegels während des Ziehens des Einkristalls entglaste Fläche ist, und Vi eine Fläche ist, wo die innere Wandoberfläche des Quarztiegels in Kontakt mit der Schmelze beim Anfangsstadium des Schmelzens kommt, um den Silizium-Einkristall zu züchten.
  • Dadurch kann die Erzeugung von Versetzungen in dem Einkristall-Wachstum effektiver verhindert werden und die Ausbeute und die Produktivität des Einkristalls können effektiver verbessert werden.
  • Darüber hinaus stellt die vorliegende Erfindung eine Silizium-Einkristall-Ziehvorrichtung zum Ziehen und Züchten eines Einkristalls aus einer Schmelze eines in einem Quarztiegel nach einer Czochralski-Methode aufgeschmolzenen Silizium-Rohmaterials bereit, die Vorrichtung umfassend zumindest: den Quarztiegel zum Halten der Schmelze des Silizium-Rohmaterials; eine Tragwelle zum Abstützen des Quarztiegels; ein Ziehelement zum Ziehen eines Impfkristalls, welcher in die Schmelze des Silizium-Rohmaterials eingetaucht wird, und unter Züchten des Einkristalls aus einer unteren Endfläche des Impfkristalls gezogen wird; eine in die Schmelze des Silizium-Rohmaterials eingetauchte Elektrode, wobei die eingetauchte Elektrode getrennt von dem Ziehelement angeordnet ist; und eine Konstantstromeinrichtung oder eine Konstantspannungseinrichtung so angeschlossen ist, um in der Lage zu sein, eine Spannung zwischen der Elektrode und einer äußeren Wand des Quarztiegels anzulegen, die Einrichtung zur Steuerung einer Gleichspannung derart, dass die zwischen der Elektrode und der äußeren Wand des Quarztiegels fließende Spannung oder ein elektrischer Strom konstant wird, wobei die Gleichspannung in einer solchen Weise angelegt wird, dass die äußere Wand des Quarztiegels als eine positive Elektrode dient.
  • Wenn die Vorrichtung die oben beschriebene Elektrode umfasst und die Gleichspannung angelegt wird, um den elektrischen Strom durch die Elektrode fließen zu lassen, kann eine geeignete Entglasung an der inneren Wandfläche des Quarztiegels erzeugt werden, dadurch kann die Erzeugung von Versetzungen in dem Einkristall-Wachstum verhindert werden, und die Ausbeute und die Produktivität des Einkristalls können somit verbessert werden. Zusätzlich können die Alkalimetalle von der Aufnahme in den Einkristall während des Wachstums des Einkristalls verhindert werden, und dadurch kann das anormale Wachstum des Oxidfilms in einer thermischen Oxidationsbehandlung nach Waferverarbeitung unterdrückt werden.
  • Darüber hinaus ist es bevorzugt, dass die Elektrode ein Grundmaterial aus Graphit oder metallisches Material mit einem hohen Schmelzpunkt von 1500°C oder mehr, und ein Spitzenglied aus einem von Silizium-Einkristall, mit SiC beschichteten Silizium-Einkristall, und SiC hat, wobei das Spitzenglied sich mit dem Grundmaterial verbinden kann, und eine Seitenfläche des Grundmaterials und des Spitzenglieds durch Bedecken mit einem Quarzzylinder geschützt wird.
  • Durch diese Merkmale kann eine Verunreinigung der Schmelze durch das Grundmaterial verhindert werden, eine Wärmebelastung und eine chemische Belastung gegenüber dem Grundmaterial verringert werden können, und dadurch kann eine Lebensdauer (Benutzungszeitgrenze) des Grundmaterials erweitert werden. Zusätzlich kann eine Wärmebelastung gegenüber dem Spitzenglied verringert werden, ein Schmelzverhältnis des Spitzenglieds zu der Schmelze kann gesenkt werden, und somit kann auch die Lebensdauer (Benutzungszeitgrenze) des Spitzenglieds erweitert werden.
  • Ferner weist die Elektrode vorzugsweise einen Bewegungsmechanismus und einen Kontaktsensormechanismus auf, und wird in die Schmelze des Silizium-Rohmaterials eingetaucht.
  • Durch diese Merkmale kann die Elektrode in die Schmelze des Silizium-Rohmaterials den ganzen Schritt des Ziehens des Silizium-Einkristalls hindurch eingetaucht werden.
  • Darüber hinaus kann die Konstantstromeinrichtung den zwischen der Elektrode und der äußeren Wand des Quarztiegels fließenden elektrischen Strom so steuern, dass es ein Konstantstrom von nicht weniger als 0,1 mA und nicht mehr als 20 mA ist, oder die Konstantspannungseinrichtung kann die zwischen der Elektrode und der äußeren Wand des Quarztiegels angelegte Spannung so steuern, dass es eine Konstantspannung von nicht weniger als 0,1 V und nicht mehr als 30 V ist.
  • Wenn die Einrichtung steuert, um einen elektrischen Stromwert oder einen Spannungswert so zu wählen, um in der Lage zu sein, die geeignete Entglasung in dem oben beschriebenen Bereich zu erzeugen, kann die Erzeugung von Versetzungen in dem Einkristall-Wachstum verhindert werden, die Ausbeute und Produktivität des Einkristalls können verbessert werden, und die Alkalimetalle können von der Aufnahme in den Einkristall beim Wachstum des Einkristalls effektiver verhindert werden.
  • Wenn der Silizium-Einkristall in der vorliegenden Erfindung gezüchtet wird, wie oben erläutert, wird die Gleichspannung in einer solchen Weise angelegt, dass die äußere Wand des Quarztiegels als eine positive Elektrode dient, und die von dem Ziehelement getrennt angeordnete Elektrode als eine negative Elektrode dient, und der Einkristall wird mit dem Ziehelement unter Durchfließen des elektrischen Stroms durch die Elektrode gezüchtet. Durch diese Merkmale kann eine geeignete Entglasung an der inneren Wandfläche des Quarztiegels erzeugt werden, wodurch die Erzeugung von Versetzungen in dem Einkristall-Wachstum verhindert werden kann, und die Ausbeute und Produktivität des Einkristalls können somit verbessert werden. Zusätzlich dazu können die Alkalimetalle von der Aufnahme in den Einkristall während des Wachstums des Einkristalls verhindert werden, und dadurch kann das anormale Wachstum des Oxidfilms in einer thermischen Oxidationsbehandlung nach Waferverarbeitung unterdrückt werden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine schematische Ansicht einer beispielhaften Querschnittskonfiguration der Silizium-Einkristall-Ziehvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 2 ist eine Grafik der Li-Konzentration des Silizium-Einkristalls von Beispielen und Vergleichsbeispielen;
  • 3 ist eine Grafik einer Einkristall-Ausbeute von Beispielen und Vergleichsbeispielen;
  • 4 ist eine Grafik der Dicke des Oxidfilms, gebildet durch eine thermische Oxidationsbehandlung für die aus dem Silizium-Einkristall ausgeschnittenen Wafer in Beispielen und Vergleichsbeispielen; und
  • 5 ist eine schematische Ansicht eines wesentlichen Aufbaus einer Ziehvorrichtung, die angepasst ist, ein Silizium-Einkristall-Wachstumsverfahren nach der CZ-Methode durchzuführen.
  • BESTE ART UND WEISE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
  • Nachstehend wird die vorliegende Erfindung ausführlich erläutert.
  • Es wurde das Verfahren offenbart, wie oben beschrieben, zum Verhindern der Erzeugung von Versetzungen, verursacht durch Kristallisation der inneren Oberfläche des Schmelztiegels, die bewirkt, dass der Quarztiegel eine, zwei oder mehrere Art(en) von Alkalimetall(en) Na, K und Li enthält, und durch Anlegen der Gleichspannung in einer solchen Weise, dass die äußere Wand des Quarztiegels als eine positive Elektrode dient, und der Impfkristall (eine Silizium-Einkristallseite, eine Ziehelementseite) als eine negative Elektrode dient, um die Entglasung an der inneren Wandfläche des Quarztiegels zu erzeugen. Die Erfinder haben jedoch herausgefunden, dass wenn der elektrische Strom zwischen dem Silizium-Einkristall und der äußeren Wand des Quarztiegels fließt, bewegt sich das in dem Quarztiegel enthaltene Li zu einer Schmelzseite und wird in den durch die Schmelze negativ geladenen Silizium-Einkristall aufgenommen.
  • Die Erfinder haben auch herausgefunden, dass der aus dem Silizium-Einkristall, in welchem Li aufgenommen wird, ausgeschnittene Wafer ”das anormale Wachstum des Oxidfilms” bewirken kann, unter welchem die Wachstumsgeschwindigkeit des Oxidfilms in einer thermischen Oxidationsbehandlung schnell wird, und dass der Silizium-Einkristall, welcher nach einem konventionellen Ziehverfahren mit Anlegen einer Spannung gezüchtet wird und welcher Li aufnimmt, die Probleme der Erzeugung von Anormalität in einer Oxidfilmdicke und einer niedrigeren Ausbeute und Produktivität des Wafers in einem thermischen Oxidationsbehandlungsverfahren im Vergleich zu einem normalen Kristallwachstum ohne Anlegen der Gleichspannung zwischen dem Silizium-Einkristall und der äußeren Wand des Quarztiegels verursachen kann.
  • Um das anormale Wachstum des Oxidfilms zu verhindern, muss die Konzentration des in dem Silizium-Einkristall aufgenommenen Li entsprechend auf dem gleichen Niveau sein, wie bei dem normalen Kristallwachstum ohne Anlegen der Gleichspannung zwischen dem Einkristall und der äußeren Wand des Quarztiegels.
  • Die Erfinder haben jedoch aufgedeckt, dass es schwierig ist, die Li-Konzentration auf das gleiche Niveau, wie bei dem normalen Kristallwachstum, ohne Anlegen der Gleichspannung zwischen dem Silizium-Einkristall und der äußeren Wand des Quarztiegels zu senken, da Li-Ionen (Alkalimetallionen), die sich von dem Quarztiegel zu der zu ionisierenden Schmelze bewegen, von dem elektrisch negativ geladenen Kristall angezogen werden, bei Durchfließen des elektrischen Stroms durch den Silizium-Einkristall während des ganzen Schritts des Ziehens des Einkristalls hindurch.
  • In Anbetracht dessen haben die Erfinder die in die Schmelze des Silizium-Rohmaterials einzutauchende Elektrode getrennt von dem Ziehelement angeordnet, die Gleichspannung in einer solchen Weise angelegt, dass diese Elektrode als eine negative Elektrode dient, und die äußere Wand des Quarztiegels als eine positive Elektrode dient, und den Kristall unter Durchfließen des elektrischen Stroms durch die Elektrode gezüchtet, d. h. ohne Anlegen der Spannung an den Silizium-Einkristall.
  • Im Ergebnis haben die Erfinder herausgefunden, dass auch dann, wenn die Gleichspannung in einer solchen Weise angelegt wird, dass die von dem Ziehelement getrennt angeordnete Elektrode als eine negative Elektrode dient, und die äußere Wand des Quarztiegels als eine positive Elektrode dient, und wenn der Silizium-Einkristall unter Durchfließen des elektrischen Stroms durch die Elektrode gezüchtet wird, eine geeignete Entglasung an der inneren Wandfläche des Quarztiegels erzeugt werden kann, wodurch die Erzeugung von Versetzungen in dem Einkristall-Wachstum verhindert werden kann, und somit die Ausbeute und die Produktivität des Einkristalls verbessert werden können.
  • Die Erfinder erkannten, dass hingegen beim Nicht-Anlegen der Gleichspannung zwischen der äußeren Wand des Quarztiegels und der von dem Ziehelement getrennt angeordneten Elektrode die geeignete Entglasung an der inneren Wandfläche des Quarztiegels nicht ausreichend erzeugt werden kann, die Erzeugung von Versetzungen in dem Einkristall-Wachstum nicht ausreichend verhindert werden kann, und somit die Ausbeute und die Produktivität des Einkristalls nicht ausreichend verbessert werden können.
  • Darüber hinaus haben die Erfinder auch herausgefunden, dass auch dann, wenn die Gleichspannung in einer solchen Weise angelegt wird, dass die von dem Ziehelement getrennt angeordnete Elektrode als eine negative Elektrode dient und die äußere Wand des Quarztiegels als eine positive Elektrode dient, und wenn der Silizium-Einkristall unter Durchfließen des elektrischen Stroms durch die Elektrode gezüchtet wird, keine negative Spannung an den Einkristall angelegt wird, und dadurch kann die in dem Silizium-Einkristall aufgenommene Li-Konzentration niedriger gemacht werden als das gleiche Niveau wie bei normalem Kristallwachstum ohne Anlegen der Gleichspannung zwischen dem Silizium-Einkristall und der äußeren Wand des Quarztiegels.
  • Darüber hinaus haben die Erfinder auch erkannt, dass der aus dem Silizium-Einkristall ausgeschnittene Wafer das anormale Wachstum des Oxidfilms in einer thermischen Oxidationsbehandlung nicht verursacht, wobei der Silizium-Einkristall der ist, welcher eine niedrigere Konzentration von in dem Silizium-Einkristall aufgenommenen Li hat, als das gleiche Niveau wie beim normalen Kristallwachstum ohne Anlegen der Gleichspannung zwischen dem Silizium-Einkristall und der äußeren Wand des Quarztiegels, und welcher durch Anlegen der Gleichspannung in einer solchen Weise gezüchtet wird, dass die von dem Ziehelement getrennt angeordnete Elektrode als eine negative Elektrode dient, und die äußere Wand des Quarztiegels als eine positive Elektrode unter Durchfließen des elektrischen Stroms durch die Elektrode dient.
  • Die vorliegende Erfindung wurde auf der Grundlage der oben beschriebenen Feststellungen und Erkenntnisse zur Vollendung gebracht. Nachstehend wird die vorliegende Erfindung ausführlicher anhand der Zeichnungen erläutert. Die vorliegende Erfindung ist jedoch auf diese nicht beschränkt.
  • 1 ist eine schematische Ansicht einer beispielhaften Querschnittskonfiguration der Silizium-Einkristall-Ziehvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Ziehvorrichtung, die für das Silizium-Einkristall-Wachstumsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, wird folgendermaßen beschrieben.
  • Die Ziehvorrichtung hat ein äußeres Erscheinungsbild, bestehend aus einer Hohlzylinderkammer. Die Kammer besteht aus einer Hauptkammer 9a, die als ein unterer Zylinder dient, und eine fortlaufend oben angeordnete Ziehkammer 9b, die an der Hauptkammer 9a befestigt ist und als ein oberer Zylinder dient. Die Ziehvorrichtung ist mit dem Schmelztiegel in der Mitte der Kammer versehen. Die Schmelztiegel weisen eine Doppelstruktur auf, welche aus einem inneren Haltegefäß aus Quarz besteht, das eine zylindrische Form mit einem Boden hat (im Folgenden einfach als ”ein Quarztiegel 1a” bezeichnet), und aus einem äußeren Haltegefäß aus Graphit besteht, das ebenfalls eine zylindrische Form mit einem Boden hat, welche zum Halten einer äußeren Fläche des Quarztiegels 1a angepasst ist (”ein Graphittiegel 1b”).
  • Ein Erhitzer 2 ist außerhalb der Schmelztiegel mit der Doppelstruktur angeordnet. Ein Wärme isolierender Zylinder 8a ist um einen äußeren Umfang des Erhitzers 2 herum konzentrisch zu diesem angeordnet. Eine Wärmedämmplatte 8b ist unter dem Wärme isolierenden Zylinder an der Unterseite der Vorrichtung angeordnet. Ferner ist die Vorrichtung mit der Elektrode versehen, welche von dem Ziehelement 5 getrennt angeordnet ist, der einen Bewegungsmechanismus und einen Kontaktsensormechanismus hat, und aus einer Elektrode 11 (dem Grundmaterial) und einer Elektrode 12 (dem Spitzenglied) besteht. Eine Gleichstromversorgungseinrichtung 10 zum Anlegen eines konstanten Gleichstroms oder einer konstanten Gleichspannung zwischen dem Schmelztiegel, abgestützt von der Tragwelle 6, und der Elektrode wird eingebaut.
  • Das Silizium-Rohmaterial eines vorgegebenen Gewichts wird in den Quarztiegel eingeführt und wird geschmolzen, um die Schmelze 3 zu bilden. Der Impfkristall 7 wird in einer Oberfläche der gebildeten Schmelze 3 eingetaucht, und anschließend wird das Ziehelement 5 nach oben unter Drehen der Schmelztiegel und des Ziehelements 5 so gezogen, dass der Silizium-Einkristall 4 aus einer unteren Endfläche des Impfkristalls 7 gezüchtet wird.
  • Wenn die Gleichspannung in einer solchen Weise angelegt wird, wie oben beschrieben, dass die von dem Ziehelement getrennt angeordnete Elektrode als eine negative Elektrode dient, und die äußere Wand des Quarztiegels als eine positive Elektrode dient, kann geeignete Entglasung an der inneren Wandfläche des Quarztiegels erzeugt werden, wodurch die Erzeugung von Versetzungen in dem Einkristall-Wachstum verhindert werden kann, und die Ausbeute und die Produktivität des Einkristalls somit verbessert werden können. Zusätzlich dazu können die Alkalimetalle von der Aufnahme in den Einkristall während des Wachstums des Einkristalls verhindert werden, und dadurch kann das anormale Wachstum des Oxidfilms in einer thermischen Oxidationsbehandlung nach Waferverarbeitung unterdrückt werden.
  • In diesem Fall kann die Elektrode das Grundmaterial aus Graphit oder metallisches Material mit einem hohen Schmelzpunkt von 1500°C oder mehr (d. h. Wolfram, Molybdän, oder dergleichen), und das Spitzenglied aus einem von Silizium-Einkristall, mit SiC beschichtetem Silizium-Einkristall, und SiC haben, wobei das Spitzenglied zum Anschließen an das Grundmaterial geeignet ist, und die Seitenfläche des Grundmaterials und des Spitzenglieds durch Bedecken mit einem Quarzzylinder geschützt wird.
  • Durch diese Merkmale kann Verunreinigung der Schmelze durch die Elektrode verhindert werden, eine thermische Belastung und eine chemische Belastung gegenüber dem Grundmaterial kann verringert werden, und dadurch kann die Lebensdauer (die Nutzungszeitgrenze) des Spitzenglieds erweitert werden. Zusätzlich kann die thermische Belastung des Spitzenglieds verringert werden, die Schmelzrate des Spitzenglieds zu der Schmelze kann abgesenkt werden, und dadurch kann die Lebensdauer (die Nutzungszeitgrenze) des Spitzenglieds ebenfalls erweitert werden.
  • Ferner kann die Elektrode den Bewegungsmechanismus und den Kontaktsensormechanismus haben, und in die Schmelze des Silizium-Rohmaterials eingetaucht werden.
  • Durch diese Merkmale kann die Elektrode weiterhin in die Schmelze des Silizium-Rohmaterials bei einer bestimmten Tauchtiefe während des ganzen Schritts des Ziehens des Einkristalls eingetaucht werden. Das bedeutet, dass die Schmelze des Silizium-Rohmaterials bei dem Wachstum des Einkristalls allmählich verringert wird, und eine Position der Schmelzoberfläche kann durch Hochschieben der Schmelztiegel bei Verringerung konstant gehalten werden, wobei die Position der Schmelzoberfläche durch eine Schwankung eines Durchmessers des gezüchteten Einkristalls unter einer Schwankung eines Durchmessers der Schmelztiegel, oder dergleichen, nicht notwendigerweise absolut konstant ist. Jedoch auch in diesem Fall ermöglichen der Bewegungsmechanismus und der Kontaktsensormechanismus der Elektrode, dass die Elektrode weiterhin bei einer vorgegebenen Tauchtiefe eingetaucht wird.
  • Darüber hinaus kann die Gleichstromversorgungseinrichtung (die Konstantstromeinrichtung) den zwischen der Elektrode und dem Quarztiegel durchfließenden elektrischen Strom so steuern, dass es ein konstanter Strom von nicht weniger als 0,1 mA und nicht mehr als 20 mA, vorzugsweise nicht weniger als 0,5 mA und nicht mehr als 4 mA, ist.
  • Wenn die Einrichtung steuert, um den elektrischen Stromwert in der oben beschriebenen Bereich so zu wählen, um in der Lage zu sein, die geeignete Entglasung an dem Quarztiegel zu erzeugen, kann die Erzeugung von Versetzungen in dem Einkristall-Wachstum verhindert werden, die Ausbeute und die Produktivität des Einkristalls können verbessert werden, und die Alkalimetalle können von der Aufnahme in den Einkristall während des Wachstums des Einkristalls verhindert werden.
  • Darüber hinaus kann die Gleichstromversorgungseinrichtung (die Konstantspannungseinrichtung), die die zwischen der Elektrode und dem Quarztiegel angelegte Spannung so steuern, dass eine konstante Spannung von nicht weniger als 0,1 V und nicht mehr als 30 V, vorzugsweise nicht weniger als 0,5 V und nicht mehr als 5 V, ist.
  • Wenn die Einrichtung steuert, um den Spannungswert in dem oben beschriebenen Bereich so zu wählen, um in der Lage zu sein, die geeignete Entglasung an dem Quarztiegel zu erzeugen, kann die Erzeugung von Versetzungen in dem Einkristall-Wachstum verhindert werden, die Ausbeute und die Produktivität des Einkristalls können verbessert werden, und die Alkalimetalle können von der Aufnahme in den Einkristall während des Wachstums des Einkristalls verhindert werden.
  • Als nächstes wird nachfolgend ein Beispiel des Silizium-Einkristall-Wachstumsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert. Die vorliegende Erfindung ist jedoch darauf nicht beschränkt.
  • In dem Silizium-Einkristall-Wachstumsverfahren zum Ziehen und Züchten des Einkristalls aus der in dem Quarztiegel aufgeschmolzenen Schmelze des Silizium-Rohmaterials nach der Czochralski-Methode, wird die Gleichspannung in einer solchen Weise angelegt, dass die äußere Wand des Quarztiegels als eine positive Elektrode dient, und die in die Schmelze des Silizium-Rohmaterials eingetauchte Elektrode als eine negative Elektrode dient, wobei die eingetauchte Elektrode von dem Ziehelement zum Ziehen des Einkristalls beim Hochziehen und Züchten des Silizium-Einkristalls getrennt angeordnet ist; und der Einkristall wird mit dem Ziehelement unter Durchfließen des elektrischen Stroms durch die Elektrode gezüchtet.
  • Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung, wie oben beschrieben, kann beispielsweise unter Verwendung der oben beschriebenen Vorrichtung durchgeführt werden.
  • Wenn die Gleichspannung in einer solchen Weise angelegt wird, wie oben beschrieben, dass die von dem Ziehelement getrennt angeordnete Elektrode als eine negative Elektrode dient, und die äußere Wand des Quarztiegels als eine positive Elektrode dient, kann geeignete Entglasung an der inneren Wandfläche des Quarztiegels erzeugt werden, dadurch kann die Erzeugung von Versetzungen in dem Einkristall-Wachstum verhindert werden, und die Ausbeute und die Produktivität des Einkristalls können somit verbessert werden. Zusätzlich dazu können die Alkalimetalle von der Aufnahme in den Einkristall während des Wachstums des Einkristalls verhindert werden, und dadurch kann das anormale Wachstum des Oxidfilms in einer thermischen Oxidationsbehandlung nach Waferverarbeitung unterdrückt werden.
  • In diesem Fall kann der Quarztiegel verwendet werden, welcher aus der äußeren Wand aus natürlichem Quarz enthaltend Alkalimetalle und der inneren Wand aus synthetischem Quarz mit einem niedrigeren Alkalimetallgehalt als bei dem natürlichen Quarz besteht.
  • Dadurch kann der Quarztiegel ausreichend Alkalimetalle enthalten, die für die Entglasung benötigt werden, und die innere Wand, welche in direktem Kontakt mit der Schmelze des Silizium-Rohmaterials kommt, kann einen höheren Reinheitsgrad aufweisen. Somit kann eine Menge der in dem gesamten Quarztiegel enthaltenen Alkalimetalle angepasst werden, und dadurch kann die Aufnahme von Alkalimetallen in den Silizium-Einkristall effektiver verhindert werden.
  • Die Alkalimetalle in dem natürlichen Quarz sind auf eine, zwei oder mehrere Art(en) von Na, K und Li bezogen, und der Gesamtgehalt der Alkalimetalle des synthetischen Quarzes ist vorzugsweise innerhalb eines Bereichs von 0,01 ppm bis 10 ppm, und weiter bevorzugt von 0,01 ppm bis 5 ppm.
  • Der zwischen der Elektrode und dem Quarztiegel durchfließende elektrische Strom kann ein konstanter Strom von nicht weniger als 0,1 mA und nicht mehr als 20 mA sein, weiter bevorzugt von nicht weniger als 0,5 mA und nicht mehr als 4 mA.
  • Wenn der Wert des zwischen der Elektrode und dem Quarztiegel durchfließenden elektrischen Stroms ein Wert ist, bei dem die geeignete Entglasung an dem Quarztiegel erzeugt wird, kann auf diese Weise die Erzeugung von Versetzungen in dem Einkristall-Wachstum verhindert werden, die Ausbeute und die Produktivität des Einkristalls können verbessert werden, und die Alkalimetalle können von der Aufnahme in dem Einkristall während des Wachstums des Einkristalls verhindert werden.
  • Darüber hinaus kann die zwischen der Elektrode und dem Quarztiegel angelegte Spannung so gesteuert werden, dass diese eine Konstantspannung von nicht weniger als 0,1 V und nicht mehr als 30 V, weiter bevorzugt von nicht weniger als 0,5 V und nicht mehr als 5 V, ist.
  • Wenn der Wert der zwischen der Elektrode und dem Quarztiegel angelegten Spannung ein Wert ist, wo die geeignete Entglasung an dem Quarztiegel erzeugt wird, kann auf diese Weise die Erzeugung von Versetzungen in dem Einkristall-Wachstum verhindert werden, die Ausbeute und die Produktivität des Einkristalls können verbessert werden, und die Alkalimetalle können von der Aufnahme in dem Einkristall während des Wachstums des Einkristalls verhindert werden.
  • In Bezug auf den elektrischen Stromwert oder den Spannungswert zur Erzeugung geeigneter Entglasung an dem Quarztiegel ist es in diesem Fall bevorzugt, dass der Silizium-Einkristall bei einem solchen elektrischen Stromwert oder einem Spannungswert gezüchtet wird, dass das Entglasungs-Flächenverhältnis Vc/Vi 20% oder mehr wird, wobei Vc eine an der inneren Wandfläche des Quarztiegels während des Ziehens des Einkristalls entglaste Fläche ist, und Vi eine Fläche ist, wo die innere Wandfläche des Quarzkristalls in Kontakt mit der Schmelze beim Anfangsstadium des Schmelzens kommt.
  • Dadurch kann die Erzeugung von Versetzungen in dem Einkristall sicherer verhindert werden.
  • BEISPIEL
  • Als nächstes wird die vorliegende Erfindung ausführlicher anhand der Beispiele und Vergleichsbeispiele erläutert, ohne dass die vorliegende Erfindung darauf beschränkt ist.
  • (Beispiel 1)
  • Die in 1 gezeigte Ziehvorrichtung wurde verwendet, um ein Silizium-Rohmaterial von 150 kg in den Quarztiegel mit einem inneren Durchmesser von 600 mm aufzufüllen, und die Schmelze zu bilden, mit anschließendem Hochziehen und Züchten des Silizium-Einkristalls mit einem Durchmesser von 200 mm. Der Quarztiegel wurde mit einem Li-Gehalt von 0,5 ppm verwendet. Die Elektrode wurde verwendet, in welcher das Grundmaterial aus Graphit war, das Spitzenglied aus Silizium-Einkristall war, und die Seitenfläche des Grundmaterials und des Spitzenglieds durch Bedecken mit dem Quarztiegel geschützt wurde. Die Gleichspannung wurde in einer solchen Weise angelegt, dass die äußere Wand des Quarztiegels als eine positive Elektrode diente, und der Silizium-Einkristall wurde unter Steuerung des zwischen der Elektrode und der äußeren Wand des Quarztiegels durchfließenden elektrischen Stroms, so dass er konstant 2,0 mA war. In diesem Fall betrug die Spannung 2,0 V bis 6,0 V.
  • Die Einkristall-Ausbeute; das Entglasungs-Flächenverhältnis an der inneren Wand des Quarztiegels; die Li-Konzentration des Silizium-Einkristalls; und die Dicke des Oxidfilms solcher Wafer nach thermaler Oxidation, welche von den Schulterabschnitten, Mittelabschnitten und Schwanzabschnitten der Silizium-Einkristalle ausgeschnitten wurden, wurden jeweils für drei Chargen gemessen.
  • (Beispiel 2)
  • Die in 1 gezeigte Ziehvorrichtung wurde verwendet, um ein Silizium-Rohmaterial von 150 kg in dem Quarztiegel mit einem inneren Durchmesser von 600 mm aufzufüllen, und um die Schmelze zu bilden, mit anschließendem Hochziehen und Züchten des Silizium-Einkristalls mit einem Durchmesser von 200 mm. Der Quarztiegel wurde mit einem Li-Gehalt von 0,5 ppm verwendet. Die Elektrode wurde verwendet, in welcher das Grundmaterial aus Graphit war, das Spitzenglied aus Silizium-Einkristall war, und die Seitenfläche des Grundmaterials und des Spitzenglieds durch Bedecken mit dem Quarztiegel geschützt wurde. Die Gleichspannung wurde in einer solchen Weise angelegt, dass die äußere Wand des Quarztiegels als eine positive Elektrode diente, und der Silizium-Einkristall wurde unter Steuerung des zwischen der Elektrode und der äußeren Wand des Quarztiegels durchfließenden elektrischen Stroms, so dass er konstant 5,0 mA war. In diesem Fall war die Spannung 0,5 mA bis 5,0 mA.
  • Die Einkristall-Ausbeute; das Entglasungs-Flächenverhältnis an der inneren Wand des Quarztiegels; die Li-Konzentration des Silizium-Einkristalls; und die Dicke des Oxidfilms solcher Wafer nach thermaler Oxidation, welche von den Schulterabschnitten, Mittelabschnitten und Schwanzabschnitten der Silizium-Einkristalle ausgeschnitten wurden, wurden jeweils für drei Chargen gemessen.
  • Vorliegend wird unten der Verfahrensablauf zum Messen der Li-Konzentration beschrieben. Der erhaltene Silizium-Einkristall-Ingot wurde nämlich in die Wafer geschnitten, mit anschließendem Durchführen des Ätzens (CW), des Polierens (PW), und dergleichen. Vorgegebenes Li in jedem Wafer bewegt sich zu der Innenseite des Oxidfilms und wird durch eine thermische Oxidationsbehandlung abgefangen, dadurch wurde die Oxidationsbehandlung anschließend mit einem Wärmebehandlungsofen 10 Minuten bei 900°C durchgeführt, um den Oxidfilm an jedem Wafer zu bilden, mit anschließender Schlussmessung der Li-Konzentration des Oxidfilms an jedem Wafer durch ICO-MS.
  • (Vergleichsbeispiel 1)
  • In dem Silizium-Einkristall-Wachstumsverfahren des oben beschriebenen Beispiels wurde auch die Silizium-Einkristalle, jede gezüchtet unter der Bedingung, dass der elektrische Strom nicht bei einer Spannung von 0 V zwischen der Elektrode und der äußeren Wand des Quarztiegels durchgeleitet wurde, auf die gleiche Weise wie in dem Beispiel bewertet.
  • (Vergleichsbeispiel 2)
  • In dem Silizium-Einkristall-Wachstumsverfahren des oben beschriebenen Beispiels wurde elektrischer Strom von 2,0 mA zwischen der Elektrode und der äußeren Wand des Quarztiegels außer während des Ziehens des Einkristalls durchgeleitet, und die Silizium-Einkristalle, jeder gezüchtet unter der Bedingung, dass der elektrische Strom bei einer Spannung von 0 V zwischen der Elektrode und der äußeren Wand des Quarztiegels während des Ziehens des Einkristalls geleitet wurde, wurden ebenfalls in gleicher Weise wie in dem Beispiel bewertet.
  • (Vergleichsbeispiel 3)
  • In dem Silizium-Einkristall-Wachstumsverfahren des oben beschriebenen Beispiels wurden die Silizium-Einkristalle, jeder gezüchtet unter der Bedingung, dass elektrischer Strom von 2,0 mA zwischen dem Impfkristall und der äußeren Wand des Quarztiegels durch Anlegen der Gleichspannung geleitet wurde, ebenfalls auf die gleiche Weise wie in dem Beispiel bewertet.
  • 2 zeigt ein Messergebnis der Li-Konzentrationen der Silizium-Einkristalle in den Beispielen und den Vergleichsbeispielen.
  • Die Li-Konzentration jedes Silizium-Einkristalls in den Beispielen 1 und 2 wurde deutlich niedriger als im Vergleich zum Vergleichsbeispiel 3, und war auf dem gleichen Niveau wie in den Vergleichsbeispielen 1 und 2.
  • 3 ist eine Grafik der Einkristall-Ausbeuten in den Beispielen und den Vergleichsbeispielen.
  • In den Beispielen 1 und 2 war es möglich, höhere Ausbeuten als denen der Vergleichsbeispiele 1 und 2 zu bewirken. Die Ausbeuten in den Beispielen 1 und 2 waren ebenfalls die gleichen wie in dem Vergleichsbeispiel 3.
  • Das Entglasungs-Flächenverhältnis an der inneren Wand des Quarztiegels in den Beispielen 1 und 2 betrug 60 bis 100%, und somit war die zur Unterdrückung der Erzeugung von Versetzungen während des Ziehens des Silizium-Einkristalls ausreichende Entglasung erhältlich. Es sei darauf hingewiesen, dass die Entglasungs-Flächenverhältnisse in den Vergleichsbeispielen 1 und 2 weniger als 20% betrugen, und somit war die zur Unterdrückung der Erzeugung von Versetzungen in dem Silizium-Einkristall ausreichende Entglasung nicht erhältlich. Das Entglasungs-Flächenverhältnis im Vergleichsbeispiel 3 betrug 55 bis 100%.
  • 4 zeigt ein Messergebnis der Dicke des Oxidfilms der aus dem Silizium-Einkristall ausgeschnittenen Wafer in den Beispielen und Vergleichsbeispielen nach der thermischen Oxidationsbehandlung. Die Dicken des Oxidfilms der Silizium-Wafer nach den Beispielen 1 und 2 waren geringer als die Dicke nach dem Vergleichsbeispiel 3, und auf dem gleichen Niveau wie in den Vergleichsbeispielen 1 und 2.
  • Bei dem Silizium-Einkristall-Wachstumsverfahren und der Silizium-Einkristall-Ziehvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann die innere Wandfläche des Quarztiegels in dem Ziehverfahren des Silizium-Einkristalls, wie oben erläutert, hinreichend entglast werden, und Li kann von der Aufnahme in dem Silizium-Einkristall verhindert werden, und dadurch kann das anormale Wachstum des Oxidfilms auf dem von dem Silizium-Einkristall abgeschnittenen Wafer während einer thermischen Oxidationsbehandlung unterdrückt werden.
  • Das ermöglicht die Verhinderung der Erzeugung von Versetzungen in dem Einkristall-Wachstum und die Verbesserung der Ausbeute und der Produktivität des Einkristalls, auch bei der Durchführung des Ziehens des Einkristalls über einen längeren Zeitraum. Da das anormale Wachstum des Oxidfilms auf dem Wafer während einer thermischen Oxidationsbehandlung durch Verhinderung der Li-Aufnahme, das auf Bilden des Oxidfilms einen negativen Einfluss ausübt, unterdrückt werden kann, kann die vorliegende Erfindung außerdem im Bereich der Herstellung von Silizium-Einkristallen für Halbleiterbauelement weitgehend verwendet werden.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die vorangehende Ausführungsform beschränkt wird. Die Ausführungsform stellt eine Erläuterung dar, und alle Beispiele, die im Wesentlichen die gleichen Merkmale und die gleichen Funktionen und Wirkungen aufweisen, wie der in den Patentansprüchen der vorliegenden Erfindung beschriebene technische Grundgedanke, fallen unter den technischen Bereich der vorliegenden Erfindung.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Die vorliegende Erfindung ist ein Silizium-Einkristall-Wachstumsverfahren zum Ziehen und Züchten eines Einkristalls aus einer Schmelze eines in einem Quarztiegel aufgeschmolzenen Silizium-Rohmaterials nach einer Czochralski-Methode, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Anlegen einer Gleichspannung in einer solchen Weise, dass eine äußere Wand des Quarztiegels als eine positive Elektrode dient und eine in die Schmelze des Silizium-Rohmaterials eingetauchte Elektrode als eine negative Elektrode dient, wobei die eingetauchte Elektrode von einem Ziehelement zum Ziehen des Einkristalls getrennt angeordnet ist; und Züchten des Einkristalls mit dem Ziehelement während des Durchfließens eines elektrischen Stroms durch die Elektrode, und eine Ziehvorrichtung davon. Im Ergebnis werden das Silizium-Einkristall-Wachstumsverfahren und die Silizium-Einkristall-Ziehvorrichtung bereitgestellt, in welchen in dem Wachstumsprozess des Silizium-Einkristalls eine Ausbeute und Produktivität des Einkristalls verbessert werden können, und ein anormales Wachstums eines Oxidfilms in einer thermischen Oxidationsbehandlung nach Schneiden in Wafer unterdrückt werden kann, unter Erzeugen einer geeigneten kristallisierten Schicht, d. h. Entglasung an der inneren Wandoberfläche des Quarztiegels und bei gleichzeitiger Verhinderung der Aufnahme von Alkalimetallen, wie beispielsweise Li, in den Silizium-Einkristall.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2006-36568 [0012]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • ”Semiconductor silicon crystal engineering”, Seiten 72–73, Fumio Shimura, MARUZEN Co., Ltd. [0010]

Claims (10)

  1. Silizium-Einkristall-Wachstumsverfahren zum Ziehen und Züchten eines Einkristalls aus einer Schmelze eines in einem Quarztiegel aufgeschmolzenen Silizium-Rohmaterials nach einer Czochralski-Methode, umfassend die Schritte von: Anlegen einer Gleichspannung in einer solchen Weise, dass eine äußere Wand des Quarztiegels als eine positive Elektrode dient und eine in die Schmelze des Silizium-Rohmaterials eingetauchte Elektrode als eine negative Elektrode dient, wobei die eingetauchte Elektrode von einem Ziehelement zum Ziehen des Einkristalls getrennt angeordnet ist; und Züchten des Einkristalls mit dem Ziehelement während des Durchfließens eines elektrischen Stroms durch die Elektrode.
  2. Silizium-Einkristall-Wachstumsverfahren nach Anspruch 1, wobei der Quarztiegel verwendet wird, welcher aus einer äußeren Wand aus natürlichem Quarz, enthaltend Alkalimetalle, und einer inneren Wand aus synthetischem Quarz mit einem niedrigeren Alkalimetallgehalt als bei dem natürlichen Quarz besteht.
  3. Silizium-Einkristall-Wachstumsverfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei der durch die Elektrode durchfließende elektrische Strom ein konstanter Strom von nicht weniger als 0,1 mA und nicht mehr als 20 mA ist.
  4. Silizium-Einkristall-Wachstumsverfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die zwischen der Elektrode und der äußeren Wand des Quarztiegels angelegte Spannung eine Konstantspannung von nicht weniger als 0,1 V und nicht mehr als 30 V ist.
  5. Silizium-Einkristall-Wachstumsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Gleichspannung in einer solchen Weise angelegt wird, dass das Entglasungs-Flächenverhältnis Vc/Vi 20% oder mehr wird, wobei Vc eine an der inneren Wandoberfläche des Quarztiegels während des Ziehens des Einkristalls entglaste Fläche ist, und Vi die Fläche ist, in der die innere Wandoberfläche des Quarztiegels in Kontakt mit der Schmelze bei der Anfangsstadium des Schmelzens kommt.
  6. Silizium-Einkristall-Ziehvorrichtung zum Ziehen und Züchten eines Einkristalls aus einer Schmelze eines in einem Quarztiegel aufgeschmolzenen Silizium-Rohmaterials nach einer Czochralski-Methode, wobei die Vorrichtung mindestens umfasst: den Quarztiegel zum Halten der Schmelze des Silizium-Rohmaterials; eine Tragwelle zum Abstützen des Quarztiegels; ein Ziehelement zum Ziehen eines Impfkristalls, der in die Schmelze des Silizium-Rohmaterials eingetaucht wird, und unter Züchten des Einkristalls von einer unteren Endfläche des Impfkristalls gezogen wird; einer in die Schmelze des Silizium-Rohmaterials eingetauchte Elektrode, wobei die eingetauchte Elektrode von dem Ziehelement getrennt angeordnet ist; und eine Konstantstromeinrichtung oder eine Konstantspannungseinrichtung so verbunden, um in der Lage zu sein, eine Spannung zwischen der Elektrode und einer äußeren Wand des Quarztiegels anzulegen, wobei die Einrichtung eine Gleichspannung so steuert, dass die Spannung oder ein zwischen der Elektrode und der äußeren Wand des Quarztiegels durchfließender elektrischer Strom konstant wird, wobei die Gleichspannung in einer solchen Weise angelegt wird, dass die äußere Wand des Quarztiegels als eine positive Elektrode dient.
  7. Silizium-Einkristall-Ziehvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Elektrode ein Grundmaterial aus Graphit oder metallisches Material mit einem hohen Schmelzpunkt von 1500°C oder mehr, und ein Spitzenglied aus einem von Silizium-Einkristall, mit SiC beschichtetem Silizium-Einkristall, und SiC aufweist, wobei das Spitzenglied zum Anbringen an das Grundmaterial geeignet ist, und eine Seitenfläche des Grundmaterials und des Spitzenglieds durch Bedecken mit einem Quarzzylinder geschützt wird.
  8. Silizium-Einkristall-Ziehvorrichtung nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, wobei die Elektrode einen Bewegungsmechanismus und einen Kontaktsensormechanismus hat, und in die Schmelze des Silizium-Rohmaterials eingetaucht wird.
  9. Silizium-Einkristall-Ziehvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Konstantstromeinrichtung den zwischen der Elektrode und der äußeren Wand des Quarztiegels durchfließenden elektrischen Strom so steuert, dass er ein konstanter Strom von nicht weniger als 0,1 mA und nicht mehr als 20 mA ist.
  10. Silizium-Einkristall-Ziehvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Konstantspannungseinrichtung die zwischen der Elektrode und der äußeren Wand des Quarztiegels angelegte Spannung so steuert, dass diese eine konstante Spannung von nicht weniger als 0,1 V und nicht mehr als 30 V ist.
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