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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Einkristallen auf der Basis des Czochralski-Verfahrens (im Folgenden als das CZ-Verfahren bezeichnet), insbesondere mit einem Tiegel mit einem großen Durchmesser.
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STAND DER TECHNIK
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In den letzten Jahren sind die Integration und Präzision bei Halbleitervorrichtungen zunehmend höher geworden, und der Durchmesser eines zu benutzenden Wafers ist stetig größer geworden, und die Nachfrage nach einem Wafer mit einem großen Durchmesser von insbesondere 150 mm, 200 mm und 300 mm oder mehr hat zugenommen.
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Gelegentlich gab es ein Problem, dass während des Züchtens eines Kristalls mit großem Durchmesser durch das CZ-Verfahren leicht eine Versetzung erzeugt wird, wenn die Züchtung eines Kristalls mit einem Durchmesser von 150 mm oder mehr begonnen wurde. Insbesondere in dem Fall der Herstellung eines Kristalls mit großem Durchmesser, der mit Stickstoff dotiert ist, oder eines Kristalls mit großem Durchmesser mit einem niedrigen spezifischen Widerstand (resistivity), ist die Erzeugung einer Versetzung signifikant erhöht.
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Nach den Schritten des Schmelzens eines kristallinen Rohmaterials, das in einen Tiegel gefüllt wurde, und des Absenkens der Temperatur einer Schmelze, so dass diese sich in einem geeigneten Zustand der Schmelze befindet, damit der Beginn der Kristallherstellung durchgeführt werden kann, kann mit der Kristallherstellung begonnen werden. Herkömmlicherweise wird versucht, die Kristallherstellung so bald wie möglich zu beginnen, indem die Zeit verkürzt wird, die für die oben beschriebenen Schritte benötigt wird, um die Zeit zu verkürzen, die für die gesamte Herstellung, einschließlich des Schmelzens, des Absenkens der Temperatur und der Kristallherstellung, benötigt wird.
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Mit einem größeren Durchmesser eines Einkristalls kann jedoch die Produktivität für die Bedingungen des Züchtens des Einkristalls mit einem niedrigen spezifischen Widerstand durch das oben beschriebene Verfahren schlechter werden. Seit kurzem gibt es eine Technik, um zu versuchen, die Produktivität zu verbessern, indem ein Schritt zur Reifung der Schmelze nach dem Schmelzen des kristallinen Rohmaterials vorgesehen wird, um ungeschmolzene Reste von beispielsweise einem kristallinen Rohmaterial oder einem Dotiermittel zu verhindern (siehe Patentliteratur 1 und 2).
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Wenn der Kristall mit DF (Dislocation Free) (ohne Versetzung) ohne die Erzeugung einer Versetzung gezogen wird, sind die Verluste von Zeit und Produkt klein. Die Versetzung wird in der Praxis mit einer gewissen Häufigkeit erzeugt. Wenn die Versetzung einmal erzeugt ist, wird die Versetzung in einen versetzungsfreien Bereich mit ungefähr einer Länge, die dem Durchmesser von dieser entspricht, eingeführt. Der Bereich der erzeugten Versetzung kann natürlich kein Produkt sein. In dem Fall, dass die Länge des Kristallbereichs, der ein Produkt sein kann, kurz ist, wird der Kristall wieder geschmolzen. Andererseits kann in dem Fall, dass die Länge des Kristallbereichs, der ein Produkt sein kann, gleich oder mehr als eine vorbestimmte Länge ist, da Produktbereiche in einem gewissen Ausmaß geschützt werden können, dieser so wie er ist herausgenommen werden, ohne diesen erneut zu schmelzen. In dem ersteren Fall tritt, selbst wenn der Kristall nach dem erneuten Schmelzen ohne Versetzung bis zum Ende gezogen wird, vor dem erneuten Schmelzen ein Zeitverlust bei der Zeit der Kristallherstellung auf, plus die Zeit für das erneute Schmelzen, plus die Zeit für das erneute Absenken der Temperatur, und folglich wird die Produktivität schlechter. In dem letzteren Fall kann der Bereich der erzeugten Versetzung kein Produkt sein, und sowohl die Ausbeute als auch die Produktivität werden folglich einfach schlechter.
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Ein Wert, welcher durch das Umwandeln der Häufigkeit der Durchführung des erneuten Schmelzens des Kristalls in einen Durchschnitt pro einem Kristall erhalten wird, wird als ein Wiederschmelzverhältnis bezeichnet. Ein Wert, der erhalten wird, indem die Anzahl der Kristalle, die mit DF bis zum Ende gezogen werden, unter allen gezogenen Kristallen in einen Wert pro der gesamten Zahl umgewandelt wird, wird als ein DF-Verhältnis definiert. Herkömmlicherweise ist in dem Fall eines kleinen Durchmessers (d. h., der Tiegel weist ebenfalls einen kleinen Durchmesser auf) das Wiederschmelzverhältnis niedrig. Andererseits ist in dem Fall eines großen Durchmessers (d. h., der Tiegel weist ebenfalls einen großen Durchmesser auf) das Wiederschmelzverhältnis hoch. Das DF-Verhältnis in dem Fall eines großen Durchmessers wird ebenfalls schlechter im Vergleich mit dem in dem Fall eines kleinen Durchmessers.
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LISTE DER ZITATE
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PATENTLITERATUR
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- Patentliteratur 1: JP 2004-175 620 A
- Patentliteratur 2: JP 2008-247 737 A
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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TECHNISCHES PROBLEM
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Das Wiederschmelzverhältnis und das DF-Verhältnis können bis zu einem gewissen Grad verbessert werden, indem vor dem Züchten des Einkristalls die Reifung wie in Patentliteratur 1 durchgeführt wird. Es gibt jedoch noch viel Raum für Verbesserungen. Zusätzlich können die Qualität und die Ausbeute des Einkristalls aufgrund von Variationen bei der Zeit, der Position des Tiegels, der Leistung des Heizgeräts und dergleichen verschlechtert werden.
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Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der oben erläuterten Probleme fertig gestellt, und es ist ihre Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung von Einkristallen bereit zu stellen, welches ermöglicht, dass bei der Herstellung des Einkristalls die Erzeugung einer Versetzung effektiv unterdrückt wird und ein Einkristall mit hoher Qualität in guter Ausbeute, insbesondere im Fall des Ziehens eines Einkristalls mit einem großen Durchmesser, hergestellt wird.
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LÖSUNG DES PROBLEMS
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Um diese Aufgabe zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Einkristallen auf der Basis des Czochralski-Verfahrens bereit, welches wenigstens die Schritte des Anspruchs 1 umfasst.
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Auf diese Weise kann, wenn die Schmelze reifen gelassen wird, indem die Schmelze bei einer hohen Temperatur gehalten wird, Dotiermittel usw. hinreichend in der Schmelze geschmolzen werden. Zusätzlich kann, wenn das Heizgerät und der Tiegel während des Reifens relativ auf und ab bewegt werden, die gesamte Schmelze in dem Tiegel überall erwärmt werden, und dadurch können die ungeschmolzenen Reste an Dotiermittel usw. in der Schmelze, insbesondere in dem Tiegel mit einem großen Durchmesser, effektiv geschmolzen werden. Weiterhin kann eine lokale Veränderung bei der Qualität der Tiegeloberfläche aufgrund der Wärme des Heizgeräts durch die relative auf und ab Bewegung vereinheitlicht werden, und dadurch kann ein Teil einer Oberfläche oder ein Oxid, das an der Oberfläche anhaftet, daran gehindert werden, von der Tiegeloberfläche abzufallen, ohne dass der lokale Teil der Tiegeloberfläche deutlich verschlechtert wird. Zusätzlich kann, selbst wenn ein Oxid in einem Ofen in die Schmelze fällt, dieses durch das gleichmäßige Erwärmen hinreichend in der Schmelze geschmolzen werden.
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Wie oben beschrieben, können mit dem Verfahren zur Herstellung von Einkristallen gemäß der vorliegenden Erfindung die ungeschmolzenen Reste an Dotiermittel usw. in der Schmelze und an Oxid usw., das von der Tiegeloberfläche abfällt, in dem Schritt der Reifung effektiv unterdrückt werden, und dadurch kann der Einkristall in guter Ausbeute hergestellt werden, während die Erzeugung einer Versetzung verhindert wird.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Leistung des Heizgeräts zu Beginn des Schritts der Reifung höher ist als die zu Beginn des Schritts der Züchtung des Einkristalls und gleich oder niedriger ist als die des Schritts der Erzeugung der Schmelze und die Leistung des Heizgeräts am Ende des Schritts der Reifung niedriger ist als die des Schritts der Erzeugung der Schmelze und gleich oder höher ist als die zu Beginn des Schritts der Züchtung des Einkristalls.
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Die oben beschriebene Leistung des Heizgeräts ermöglicht, dass die Schmelze ohne übermäßige Leistung des Heizgeräts effizient daran gehindert wird, während der Reifung fest zu werden. Der oben beschriebene Bereich der Leistung des Heizgeräts ermöglicht, dass die auf und ab Bewegung des Heizgeräts zuverlässiger durchgeführt werden kann.
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Erfindungsgemäß wird bei dem Schritt der Reifung die Schmelze vorzugsweise für 2 Stunden oder mehr reifen gelassen.
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In dieser Weise können, wenn die Schmelze für 2 Stunden oder mehr reifen gelassen wird, die ungeschmolzenen Reste in der Schmelze, selbst in dem Fall der Einführung einer großen Menge an unlöslichen Dotiermitteln, hinreichend geschmolzen werden.
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In diesem Fall werden bei dem Schritt der Reifung das Heizgerät und der Tiegel vorzugsweise mit einer Geschwindigkeit von 2 mm/min oder weniger relativ auf und ab bewegt.
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Die oben beschriebene Geschwindigkeit ermöglicht, dass die auf und ab Bewegung während des Erwärmens durch das Heizgerät zuverlässiger durchgeführt werden kann.
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Erfindungsgemäß werden bei dem Schritt der Reifung das Heizgerät und der Tiegel in einer Breite von 10 cm oder mehr relativ auf und ab bewegt.
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Wenn diese in der oben beschriebenen Breite auf und ab bewegt werden, werden der Tiegel und die Schmelze gleichmäßiger erwärmt, und dadurch können die ungeschmolzenen Reste in der Schmelze verringert werden. Zusätzlich dazu wird die Verschlechterung des lokalen Teils der Tiegeloberfläche unterdrückt, und dadurch kann die Erzeugung einer Versetzung während des Ziehens des Einkristalls in einem nachfolgenden Schritt effektiver verhindert werden.
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In diesem Fall werden bei dem Schritt der Reifung das Heizgerät und der Tiegel vorzugsweise so relativ auf und ab bewegt, dass eine untere Grenzposition der Bewegung eines unteren Endes eines Heizgeräteschlitzes des Heizgeräts unterhalb einer Position liegt, die 5 cm höher ist als das unterste Ende der Schmelze in dem Tiegel.
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Wenn diese in der oben beschriebenen Weise auf und ab bewegt werden, können der Tiegel und die Schmelze gleichmäßig bis zu dem Boden erwärmt werden, und die Erzeugung einer Versetzung kann effektiver verhindert werden.
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In diesem Fall wird bei dem Schritt der Reifung vorzugsweise ein Magnetfeld an die Schmelze in dem Tiegel angelegt.
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In dieser Weise kann, wenn das Magnetfeld bei dem Schritt der Reifung an die Schmelze angelegt wird, während des Ziehens des Einkristalls in einem nachfolgenden Schritt die Erzeugung einer Versetzung effektiver unterdrückt werden.
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In diesem Fall werden bei dem Schritt der Reifung die endgültigen Positionen des Heizgeräts und des Tiegels bei dem Schritt der Reifung vorzugsweise auf dasselbe wie bei der Anfangsposition der Kristallzüchtung bei der Schritt der Züchtung des Einkristalls eingestellt, und die Leistung des Heizgeräts wird vorzugsweise auf dieselbe wie die zu Beginn der Züchtung eingestellt, indem die relative auf und ab Bewegung des Heizgeräts und des Tiegels und/oder die Leistung des Heizgeräts automatisch eingestellt werden.
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In dieser Weise können, wenn die Bewegungsposition des Tiegels und des Heizgeräts und die Leistung des Heizgeräts während der Reifung in einer solchen Weise eingestellt werden, dass am Ende des Schritts der Reifung diese zu der Ausgangsposition der Kristallzüchtung bzw. der Ausgangstemperatur der Kristallzüchtung bei dem Schritt der Züchtung des Einkristalls werden, der Zustand der Schmelze und das Heizgerät glatt den Übergang von dem Schritt der Reifung zu dem Schritt der Züchtung durchlaufen, und die Produktivität kann dadurch verbessert werden. Zusätzlich entsteht, wenn die Einstellung der Bewegung und der Leistung des Heizgeräts automatisch durchgeführt wird, wenig Unterschied zwischen den Herstellungsbedingungen und den tatsächlichen Werten der Position des Tiegels, der Temperatur und dergleichen, es gibt keine Variation bei der Qualität, und folglich kann ein Einkristall mit hoher Qualität zuverlässiger hergestellt werden.
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In diesem Fall ist, wenn der Durchmesser des Tiegels 81 cm (32 Zoll) oder mehr beträgt, die vorliegende Erfindung in hohem Maße effektiv im Hinblick auf die Produktivität.
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Der Tiegel mit einem relativ großen Durchmesser wie oben lässt eine große Menge an ungeschmolzenen Resten in der Schmelze zurück, und es wird leicht eine Verschlechterung des lokalen Teils der Tiegeloberfläche erzeugt. Das Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird vorteilhaft auf den oben beschriebenen Tiegel angewendet.
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VORTEILHAFTE WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
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Wie oben beschrieben können mit dem Verfahren zur Herstellung von Einkristallen gemäß der vorliegenden Erfindung die ungeschmolzenen Reste an Dotiermittel usw. in der Schmelze verringert werden, ein Oxid usw., das von der Tiegeloberfläche abfällt, kann bei dem Schritt der Reifung unterdrückt werden, und dadurch kann der Einkristall in guter Ausbeute hergestellt werden, während die Erzeugung einer Versetzung effektiv verhindert wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine erläuternde Ansicht, um das Verfahren zur Herstellung von Einkristallen gemäß der vorliegenden Erfindung zu erläutern;
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2 ist (a) eine Entwicklungsansicht und (b) eine Seitenansicht des Heizgeräts einer Vorrichtung zur Herstellung von Einkristallen, die für das Verfahren zur Herstellung von Einkristallen gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann; und
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3 ist eine schematische Ansicht, welche ein Beispiel einer Vorrichtung zur Herstellung von Einkristallen zeigt, die für das Verfahren zur Herstellung von Einkristallen gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
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BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Es gab ein Problem, dass die Ausbeute bei der Einkristallherstellung aufgrund der Erzeugung einer Versetzung an dem gezogenen Kristall, insbesondere während der Herstellung eines Einkristalls mit einem großen Durchmesser, schlechter wird.
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Die gegenwärtigen Erfinder haben wiederholt intensiv Untersuchungen über dieses Problem durchgeführt. Als ein Ergebnis haben die gegenwärtigen Erfinder das Folgende gefunden.
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Die gegenwärtigen Erfinder haben gefunden, dass die Ursachen der Erzeugung einer Versetzung sind: (1) die Erzeugung einer Versetzung aufgrund der Anhaftung der ungeschmolzenen Reste des Rohmaterials in der Schmelze an dem Kristall, (2) die Erzeugung einer Versetzung aufgrund der Anhaftung der ungeschmolzenen Reste an Oxid, die in die Schmelze fielen, an dem Kristall, (3) die Erzeugung einer Versetzung aufgrund der Anhaftung von Substanzen, die von der Tiegeloberfläche, welche einen schlechten Oberflächenzustand aufweist, herab fallen, an dem Kristall, und dergleichen. Anhand dieser Funde durch die gegenwärtigen Erfinder haben diese versucht, den Schritt des Reifens der Schmelze zwischen den Schritten vom Ende des Schmelzens des kristallinen Rohmaterials bis zum Absenken der Temperatur bereit zu stellen und das Heizgerät und den Tiegel in diesem Schritt relativ auf und ab zu bewegen.
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Als ein Ergebnis haben die gegenwärtigen Erfinder festgestellt, dass die ungeschmolzenen Reste effektiver geschmolzen werden und die Veränderung bei der Qualität der Tiegeloberfläche insgesamt einheitlicher gemacht wird, indem überall erwärmt wird, im Vergleich zu einem Weg des Erwärmens in einer Weise der Konzentration auf einen Ort, und haben folglich festgestellt, dass sowohl das Wiederschmelzverhältnis als auch das DF-Verhältnis stärker verbessert werden können, indem in einer Weise des Bewegens des Heizgeräts auf und ab reifen gelassen wird, im Vergleich zu dem Reifen von dieser für dieselbe Dauer in einer Weise, wo die Positionen des Heizgeräts und des Tiegels fixiert sind. Die gegenwärtigen Erfinder haben dadurch die vorliegende Erfindung zum Abschluss gebracht.
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Im Folgenden wird ein Beispiel einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung von Einkristallen gemäß der vorliegenden Erfindung im Detail mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert, die vorliegende Erfindung ist aber nicht darauf beschränkt.
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1 ist eine erläuternde Ansicht, um das Verfahren zur Herstellung von Einkristallen gemäß der vorliegenden Erfindung zu erläutern. Die 2 sind (a) eine Entwicklungsansicht und (b) eine Seitenansicht des Heizgeräts einer Vorrichtung zur Herstellung von Einkristallen, die für das Verfahren zur Herstellung von Einkristallen gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. 3 ist eine schematische Ansicht, welche ein Beispiel einer Vorrichtung zur Herstellung von Einkristallen zeigt, die für das Verfahren zur Herstellung von Einkristallen gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
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Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Herstellung von Einkristallen gemäß der vorliegenden Erfindung ist nicht besonders beschränkt, und es kann eine übliche Vorrichtung verwendet werden. Beispielsweise kann eine Vorrichtung zur Herstellung von Einkristallen, welche in 3 gezeigt ist, verwendet werden.
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Die Vorrichtung zur Herstellung von Einkristallen 10, die in 3 gezeigt ist, ist mit einem Quarztiegel 16 zum Aufnehmen der Schmelze 15, die durch Schmelzen eines kristallinen Rohmaterials erhalten wird, und einem Graphittiegel 17 zum Stützen des Quarztiegels 16 innerhalb einer Hauptkammer 12 versehen. Diese Tiegel 16 und 17 werden von einer Stange 19 in einer solchen Weise getragen, dass sie drehbar sind und durch einen Antriebsmechanismus 26 nach oben und nach unten bewegbar sind. Der Antriebsmechanismus 26 der Tiegel 16 und 17 bewegt die Tiegel 16 und 17 um eine Strecke nach oben, die einem Ausmaß des Absinkens der Oberfläche der Schmelze während des Züchtens des Einkristalls entspricht, um das Absinken der Oberfläche der Schmelze von der Schmelze 15 zu kompensieren, worauf das Ziehen des Einkristalls 18 folgt. Ein Zugdraht 13 ist konzentrisch mit einer zentralen Achse der Tiegel 16 und 17 angeordnet. Ein Impfkristall 20 wird an einem unteren Ende des Zugdrahtes 13 gehalten. Der Einkristall 18 wird an einer unteren Endfläche des Impfkristalls 20 gebildet.
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Vorrichtungen zum Anlegen eines Magnetfeldes 21 sind außerhalb einer Hauptkammer 12 angeordnet, wobei die Tiegel 16 und 17 zwischen diesen aufgestellt sind und diese den Tiegeln 16 und 17 konzentrisch gegenüber liegen, so dass an die Schmelze 15 ein horizontales Magnetfeld angelegt werden kann. Das Heizgerät 14 zum Erwärmen und Schmelzen eines Rohmaterials ist so angeordnet, dass es die Tiegel 16 und 17 umgibt. Ein Wärmeisolationselement 11, um zu verhindern, dass die Hauptkammer 12 direkt der Wärme von dem Heizgerät 14 ausgesetzt wird, ist außerhalb des Heizgeräts 14 vorgesehen, so dass dieses den Umfang des Heizgeräts umgibt.
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Hier zeigen als ein herkömmlicherweise verwendetes Heizgerät 14 die 2 (a) eine Entwicklungsansicht und (b) eine Seitenansicht des Graphit-Heizgeräts. Das Graphit-Heizgerät 14 hat eine zylindrische Form und ist hauptsächlich aus isotropem Graphit zusammengesetzt. In dem Fall eines Gleichstromtyps weist das Graphit-Heizgerät 14 zwei Anschlüsse 23 auf und ist so konfiguriert, dass es von den Anschlüssen 23 getragen wird. Zu dem Zweck, effizient Wärme zu erzeugen, weist das Graphit-Heizgerät 14 zwei Typen von darin ausgebildeten Heizgeräteschlitzen 25 und 22 auf, obere Heizgeräteschlitze 25, welche sich von dem oberen Ende nach unten hin erstrecken, und untere Heizgeräteschlitze 22, welche sich von dem unteren Ende nach oben hin erstrecken, und die Heizgeräteschlitze sind an mehreren Punkten bis zu einigen Dutzend Punkten ausgebildet. Das oben beschriebene Graphit-Heizgerät 14 erzeugt hauptsächlich Wärme, insbesondere von jedem Wärme erzeugenden Schlitzabschnitt 24, welcher zwischen dem unteren Ende von jedem oberen Heizgeräteschlitz 25 und dem oberen Ende von jedem unteren Heizgeräteschlitz angeordnet ist.
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Insbesondere wird für eine Vorrichtung, die für das Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ein Antriebsmechanismus für das Heizgerät 27 vorzugsweise so installiert, dass das Heizgerät 14 während des Erwärmens nach oben und unten bewegbar ist.
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Bei dem Verfahren zur Herstellung von Einkristallen gemäß der vorliegenden Erfindung wird zuerst ein kristallines Rohmaterial in den Quarztiegel 16 der oben beschriebenen Vorrichtung zur Herstellung von Einkristallen 10 eingeführt und danach erwärmt und durch das Heizgerät 14 geschmolzen, um die Schmelze 15 zu erzeugen.
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In diesem Schritt werden das kristalline Rohmaterial, wie z. B. ein Siliciumpolykristall, und ein Dotiermittel in den Tiegel gefüllt, um zu schmelzen. In diesem Fall entspricht, während die Schmelze und das kristalline Rohmaterial vermischt werden, die Temperatur der Schmelze in dem Quarztiegel einem Schmelzpunkt des kristallinen Rohmaterials. Um eine hohe Produktivität beizubehalten, ist es wichtig, dass die Temperatur für eine kurze Zeit eine gewünschte Temperatur erreicht, die in einem nächsten Arbeitsgang beibehalten werden soll, indem rasch der Vorgang einer Absenkung bei der Leistung des Heizgeräts durchgeführt wird, nachdem das kristalline Rohmaterial vollständig geschmolzen wurde.
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Darüber hinaus wird als das Dotiermittel, das zusammen mit dem kristallinen Rohmaterial zugegeben und geschmolzen wird, ein Dotiermittel als Beispiel angeführt, welches einem Einkristall Leitfähigkeit verleiht, wie z. B. Bor, und ein Dotiermittel, welches Kristalldefekte unterdrückt, wie z. B. Stickstoff und Kohlenstoff. Eines dieser Dotiermittel oder eine Mischung von diesen wird zusammen mit dem kristallinen Rohmaterial geschmolzen. Diese Dotiermittel können nach dem Schmelzen des kristallinen Rohmaterials zugegeben werden. In diesem Fall befindet sich, selbst wenn das gesamte Rohmaterial in den Tiegel optisch geschmolzen zu sein scheint, ein unsichtbares feines ungeschmolzenes Material frei auf der Oberfläche der Schmelze oder haftet das ungeschmolzene Rohmaterial in der Schmelze an einer Innenwand des Tiegels (insbesondere einem Abschnitt des Bodens) an. Diese verursachen die Erzeugung einer Versetzung bei einem nachfolgenden Züchtungsschritt des Einkristalls. Bei der vorliegenden Erfindung wird der Schritt der Reifung dementsprechend wie folgt durchgeführt.
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Es sollte zur Kenntnis genommen werden, dass, wenn der Durchmesser des Tiegels 16, der verwendet werden soll, 81 cm (32 Zoll) oder mehr beträgt, die vorliegende Erfindung im Hinblick auf die Produktivität in großem Maße effektiv ist.
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Der Tiegel mit einem relativ großen Durchmesser wie oben lässt eine große Menge an ungeschmolzenen Resten in der Schmelze zurück, und es wird leicht eine Verschlechterung des lokalen Teils der Tiegeloberfläche erzeugt. Das Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird vorteilhaft auf den oben beschriebenen Tiegel angewendet.
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Wenn darüber hinaus ein Kristall mit niedrigem spezifischem Widerstand hergestellt wird, indem eine große Menge an Dotiermittel zugegeben wird, wird das Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung vorteilhaft angewendet, welches die ungeschmolzenen Reste in der Schmelze verringern kann.
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Als nächstes wird bei dem Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung die Schmelze 15, die durch das Schmelzen des kristallinen Rohmaterials erhalten wird, reifen gelassen, indem die Schmelze bei einer hohen Temperatur gehalten wird. In diesem Schritt werden, wie in 1 gezeigt ist, das Heizgerät 14 und die Tiegel 16 und 17 relativ auf und ab bewegt.
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Wenn, wie oben beschrieben, die Schmelze reifen gelassen wird, indem die Schmelze bei einer hohen Temperatur gehalten wird, werden das ungeschmolzene Rohmaterial, das Dotiermittel und dergleichen in einem gewissen Ausmaß in der Schmelze geschmolzen. Im Falle des Reifen lassens von dieser bei fixiertem Heizgerät und Tiegeln wie in einem herkömmlichen Verfahren werden jedoch dieselben Teile für eine lange Zeit bei derselben Verteilung der Wärme erwärmt, und dadurch werden erwärmte Teile und Teile mit relativ niedriger Temperatur lokal verteilt. Folglich entstehen dadurch Probleme, dass das ungeschmolzene Rohmaterial, das Dotiermittel und dergleichen teilweise unzureichend geschmolzen werden, und dass der Tiegel an den lokal erwärmten Teilen verschlechtert wird. Andererseits kann bei dem Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung die gesamte Schmelze in dem Tiegel insgesamt erwärmt werden, indem das Heizgerät und der Tiegel während der Reifung relativ auf und ab bewegt werden, und dadurch können die ungeschmolzenen Reste des Dotiermittels usw. in der Schmelze, insbesondere in dem Tiegel mit einem großen Durchmesser, effektiver geschmolzen werden. Weiterhin kann eine lokale Veränderung bei der Qualität der Tiegeloberfläche aufgrund der Wärme des Heizgeräts durch die relative auf und ab Bewegung vereinheitlicht werden, und dadurch können ein Teil der Oberfläche und das Oxid, das an der Oberfläche anhaftet, daran gehindert werden, von der Tiegeloberfläche abzufallen, ohne dass der lokale Teil der Tiegeloberfläche übermäßig verschlechtert wird. Zusätzlich kann, selbst wenn ein Oxid in einem Ofen in die Schmelze fällt, dieses durch die gleichmäßige Erwärmung hinreichend in der Schmelze geschmolzen werden. Wie oben beschrieben kann die vorliegende Erfindung das Problem der lokalen Temperaturverteilung und damit der ungeschmolzenen Reste lösen, indem das Heizgerät und der Tiegel relativ bewegt werden.
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In diesem Fall liegt eine relative auf und ab Bewegung vor, und daher können entweder die Tiegel 16 und 17 oder das Heizgerät 14 auf und ab bewegt werden. Alternativ können sowohl die Tiegel 16 und 17 als auch das Heizgerät 14 in entgegengesetzter Richtung zueinander auf und ab bewegt werden. Es ist jedoch bevorzugt, dass nur das Heizgerät 14 auf und ab bewegt wird.
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Das auf und ab Bewegen von nur dem Heizgerät 14 kann leichter durchgeführt werden als das auf und ab Bewegen des Tiegels, der die Schmelze enthält, und es ist leichter, die Breite der auf und ab Bewegung fein einzustellen.
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Darüber hinaus kann die relative auf und ab Bewegung während des Schritts der Reifung fortgesetzt werden oder periodisch durchgeführt werden. Die Wirkung der vorliegenden Erfindung kann erhalten werden, indem während des Schritts der Reifung wenigstens einmal auf und ab bewegt wird.
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In diesem Fall ist die Leistung des Heizgeräts in dem Schritt der Reifung nicht begrenzt, insbesondere solange die Oberfläche der Schmelze 15 nicht fest wird. Sie ist vorzugsweise niedriger als die in dem Schritt der Erzeugung der Schmelze 15 und ist höher als die zu Beginn des nächsten Schritts der Züchtung des Einkristalls 18.
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Die oben beschriebene Leistung des Heizgeräts ermöglicht, dass die Schmelze ohne eine übermäßige Leistung des Heizgeräts effektiv daran gehindert wird, während der Reifung fest zu werden. Der oben beschriebene Bereich der Leistung des Heizgeräts ermöglicht, dass die auf und ab Bewegung des Heizgeräts zuverlässiger durchgeführt werden kann und eine Zunahme der Kosten unterdrückt wird.
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Erfindungsgemäß wird die Schmelze reifen gelassen, indem sie für 2 Stunden oder mehr bei einer hohen Temperatur gehalten wird.
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Wenn, wie oben beschrieben, die Schmelze für 2 Stunden oder mehr bei einer hohen Temperatur gehalten wird, können selbst in dem Fall, wo eine große Menge an unlöslichen Dotiermitteln eingeführt wird, die ungeschmolzenen Reste in der Schmelze hinreichend geschmolzen werden. Zusätzlich werden, wenn die Reifungsdauer länger ist, die ungeschmolzenen Reste stärker verringert, und dadurch wird die Produktivität besser. Wenn die Reifungsdauer so lang ist, wird jedoch die Dauer des gesamten Vorgangs lang. Daher beträgt unter Berücksichtigung der Zeit, die für das erneute Schmelzen benötigt wird, des Wiederschmelzverhältnisses und dergleichen die obere Grenze für die Reifungsdauer vorzugsweise 10 Stunden.
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In diesem Fall werden bei dem Schritt der Reifung das Heizgerät 14 und die Tiegel 16 und 17 vorzugsweise mit einer Geschwindigkeit von 2 mm/min oder weniger relativ auf und ab bewegt.
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Die oben beschriebene Geschwindigkeit ermöglicht, dass die auf und ab Bewegung während des Erwärmens durch das Heizgerät zuverlässiger durchgeführt werden kann.
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Erfindungsgemäß werden bei dem Schritt der Reifung das Heizgerät 14 und die Tiegel 16 und 17 in einer Breite von 10 cm oder mehr, und insbesondere 15 cm oder mehr, relativ auf und ab bewegt.
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Wenn diese in der oben beschriebenen Breite auf und ab bewegt werden, werden der Tiegel und die Schmelze gleichmäßiger erwärmt, und dadurch können die ungeschmolzenen Reste in der Schmelze verringert werden. Zusätzlich dazu wird die Verschlechterung des lokalen Teils der Tiegeloberfläche unterdrückt, und die Erzeugung einer Versetzung kann während des Ziehens des Einkristalls in einem nachfolgenden Schritt effektiver verhindert werden.
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In diesem Fall werden, wie in 1 gezeigt ist, bei dem Schritt der Reifung das Heizgerät 14 und die Tiegel 16 und 17 vorzugsweise so relativ auf und ab bewegt, dass die untere Grenzposition der Bewegung des unteren Endes von jedem Heizgeräteschlitz 25 des Heizgeräts 14 unterhalb von einer Position von 5 cm höher als das unterste Ende (ein Boden der Schmelze) der Schmelze 15 in den Tiegeln 16 und 17 liegt.
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Wenn diese in der oben beschriebenen Weise auf und ab bewegt werden, können der Tiegel und die Schmelze gleichmäßig von oben nach unten erwärmt werden, und die Erzeugung einer Versetzung in einem nachfolgenden Schritt kann effektiver verhindert werden.
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In diesem Fall wird bei dem Schritt der Reifung vorzugsweise mit der Vorrichtung zur Anlegung eines Magnetfeldes 21 ein Magnetfeld an die Schmelze in den Tiegeln 16 und 17 angelegt.
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Das Magnetfeld wird dadurch während der Reifung an die Schmelze angelegt, und die Erzeugung einer Versetzung kann während des Ziehens des Einkristalls in einem nachfolgenden Schritt besser unterdrückt werden. Es wird angenommen, dass die Tiegeloberfläche aufgrund der Kristallisation, welche durch das Anlegen des Magnetfeldes verursacht wird, verbessert wird, und die Verbesserung durch die relative Bewegung des Heizgeräts und Tiegels überall bewirkt wird.
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In diesem Fall werden bei der Schritt der Reifung die endgültigen Positionen des Heizgeräts 14 und der Tiegel 16 und 17 bei dem Schritt der Reifung vorzugsweise auf dasselbe eingestellt wie bei der Ausgangsposition der Kristallzüchtung bei dem Schritt der Züchtung des Einkristalls 18, und die Leistung des Heizgeräts wird auf dieselbe eingestellt wie die zu Beginn der Züchtung, indem die relative auf und ab Bewegung des Heizgeräts 14 und der Tiegel 16 und 17 und/oder die Leistung des Heizgeräts automatisch eingestellt werden.
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Wenn in dieser Weise die Bewegungsposition des Tiegels und des Heizgeräts und die Leistung des Heizgeräts während der Reifung in einer solchen Weise eingestellt werden, dass diese am Ende des Schritts der Reifung zu der Ausgangsposition der Kristallzüchtung bzw. der Ausgangstemperatur der Kristallzüchtung bei dem Schritt des Züchtens des Einkristalls werden, können der Zustand der Schmelze und das Heizgerät einen glatten Übergang von dem Schritt der Reifung zu dem Schritt der Züchtung des Einkristalls durchlaufen, und die Produktivität kann dadurch stärker verbessert werden. Wenn zusätzlich die Einstellung der Bewegung und der Leistung des Heizgeräts vom Beginn der Reifung zum Ende von dieser automatisch durchgeführt wird, kann die Reifung jederzeit unter denselben Bedingungen durchgeführt werden, kann der Einkristall ohne eine Veränderung der Operabilität hergestellt werden, und die Arbeitslast wird ebenfalls verringert.
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Als nächstes wird der Impfkristall 20 in die gereifte Schmelze 15 eingetaucht und mit dem Zugdraht 13 gezogen. Der Einkristall 18 wird dadurch gezüchtet.
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In diesem Fall kann nach dem Schritt der Reifung das MCZ-Verfahren (CZ-Verfahren mit angelegtem Magnetfeld) verwendet werden, bei welchem der Einkristall gezogen wird, während das Magnetfeld angelegt wird, um die Konvektion der Schmelze zu steuern.
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Wie oben beschrieben können mit dem Verfahren zur Herstellung von Einkristallen gemäß der vorliegenden Erfindung die ungeschmolzenen Reste von Rohmaterial und Dotiermittel usw. in der Schmelze und ein Oxid usw., das von der Tiegeloberfläche abfällt, bei dem Schritt der Reifung effektiv unterdrückt werden, und dadurch kann der Einkristall in guter Ausbeute hergestellt werden, während die Erzeugung einer Versetzung verhindert wird.
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BEISPIEL
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Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung detaillierter in Bezug auf die Beispiele und Vergleichsbeispiele erläutert; die vorliegende Erfindung ist aber nicht darauf beschränkt.
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(Beispiel 1)
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Ein Einkristallblock mit einem Durchmesser von 300 mm wurde hergestellt, indem der Tiegel mit einem Durchmesser von 81 cm (32 Zoll) verwendet wurde. Zuerst wurde eine primäre Schmelze des kristallinen Rohmaterials durchgeführt. Die Temperatur (die Leistung des Heizgeräts) wurde nicht unmittelbar danach abgesenkt, sondern der Schritt zum Reifen der Schmelze, indem diese für 2 Stunden gehalten wurde, wurde vorgesehen, nachdem die Leistung des Heizgeräts einmal auf genau die Mitte zwischen der Leistung des Heizgeräts zur Zeit des Schmelzens und der Leistung des Heizgeräts zu Beginn der Kristallzüchtung eingestellt wurde. Die Temperatur wurde danach auf eine geeignete Temperatur für den Beginn der Kristallzüchtung abgesenkt, und der Einkristall wurde gezüchtet.
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Das Heizgerät wurde in einer Breite von 12 cm bei einer Geschwindigkeit von 2 mm/min während des Schritts der Reifung für 2 Stunden auf und ab bewegt (Bewegung nach oben von 12 cm, Bewegung nach unten von 12 cm). Hier war die untere Grenzposition der Bewegung des unteren Endes von jedem Heizgeräteschlitz eine Position von 3 cm höher als der Boden der Schmelze (das unterste Ende der Schmelze).
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Zu diesem Zeitpunkt betrug die Leistung des Heizgeräts zur Zeit des Schmelzens 200 kW, die Leistung des Heizgeräts zu Beginn der Kristallzüchtung betrug 150 kW, und die Leistung des Heizgeräts zur Zeit der Reifung betrug 175 kW. Was die Positionsbeziehung zu Beginn der Kristallzüchtung unmittelbar nach dem Ende des Schritts der Reifung betrifft, so betrug „der Abstand zwischen dem unteren Ende von jedem Heizgeräteschlitz und dem Boden der Schmelze” 150 mm.
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Im Falle des Ziehens von 30 Blöcken unter den obigen Bedingungen betrug das Wiederschmelzverhältnis 0,3 und betrug das DF-Verhältnis 80%.
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(Beispiel 2)
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Als nächstes wurde ein Einkristall unter denselben Bedingungen der Leistung des Heizgeräts und dergleichen wie in Beispiel 1 hergestellt, außer dass die Breite der auf und ab Bewegung und die Position des Heizgeräts und Tiegels während des Schritts der Reifung verändert wurden.
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Bei dem Schritt der Reifung wurde das Heizgerät zuerst nach unten bewegt, so dass die Position des unteren Endes des Heizgeräteschlitzes der Position des Bodens der Schmelze entsprach, und während der Reifung für 2 Stunden um 15 cm nach oben bewegt. Die endgültigen Positionen des Tiegels und des Heizgeräts wurden auf dasselbe eingestellt wie bei den Ausgangsbedingungen der Züchtung des Einkristalls (dieselben wie in Beispiel 1). Dieses wurde automatisch durchgeführt.
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Im Falle des Ziehens von 30 Blöcken unter den obigen Bedingungen betrug das Wiederschmelzverhältnis 0,29 und betrug das DF-Verhältnis 80%. Diese waren ungefähr dieselben wie in Beispiel 1, und eine Bedienungsperson musste das Heizgerät aufgrund des automatischen Vorgangs nicht manuell bewegen. Die Produktivität wurde auf demselben Niveau wie in Beispiel 1 verbessert.
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(Beispiel 3)
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Weiterhin wurde ein Einkristall unter denselben Bedingungen der Leistung des Heizgeräts und dergleichen wie in Beispiel 1 hergestellt, außer dass die Breite der auf und ab Bewegung und die Position des Heizgeräts und Tiegels während des Schritts der Reifung verändert wurden.
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Bei dem Schritt der Reifung wurde das Heizgerät zuerst so nach unten bewegt, dass die Position des unteren Endes des Heizgeräteschlitzes einer Position von 10 cm höher als der Boden der Schmelze entsprach, und während der Reifung für 2 Stunden um 5 cm nach oben bewegt. Die endgültigen Positionen des Tiegels und des Heizgeräts wurden auf dasselbe eingestellt wie bei den Ausgangsbedingungen der Kristallzüchtung (dieselben wie in Beispiel 1). Dieses wurde automatisch durchgeführt.
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Im Falle des Ziehens von 30 Blöcken unter den obigen Bedingungen betrug das Wiederschmelzverhältnis 0,5 und betrug das DF-Verhältnis 77%. Das Ergebnis erreichte nicht dasselbe Niveau wie die Beispiele 1 und 2, auch wenn es im Vergleich zu dem Fall ohne die Bewegung stärker verbessert war. Wie oben beschrieben kann in Erwägung gezogen werden, dass die Breite der auf und ab Bewegung erwünschtermaßen 10 cm oder mehr beträgt und der Abstand zwischen dem unteren Ende des Heizgeräteschlitzes und dem Boden der Schmelze erwünschtermaßen auf einmal 5 cm oder weniger eingestellt wird.
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(Vergleichsbeispiel 1)
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Ein Kristallblock mit einem Durchmesser von 300 mm wurde hergestellt, indem der Tiegel mit einem Durchmesser von 81 cm (32 Zoll) verwendet wurde. Zuerst wurde eine primäre Schmelze des kristallinen Rohmaterials durchgeführt. Die Temperatur (die Leistung des Heizgeräts) wurde unmittelbar danach auf eine geeignete Temperatur für den Beginn der Kristallzüchtung abgesenkt, und der Kristall wurde gezüchtet.
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Zu diesem Zeitpunkt betrug die Leistung des Heizgeräts zur Zeit des Schmelzens 200 kW, die Leistung des Heizgeräts zu Beginn der Kristallzüchtung betrug 150 kW. Was die Positionsbeziehung zu Beginn der Kristallzüchtung betrifft, so betrug „der Abstand zwischen dem unteren Ende von jedem Heizgeräteschlitz und dem Boden der Schmelze” 150 mm. Die Zeit, die von dem Ende des Schmelzens bis zu dem Beginn der Kristallzüchtung benötigt wurde, betrug ungefähr 30 Minuten, einschließlich der Zeit, die zum Stabilisieren der Temperatur benötigt wurde.
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Im Falle des Ziehens von 30 Blöcken unter den obigen Bedingungen betrug das Wiederschmelzverhältnis 1,2 und betrug das DF-Verhältnis 70%.
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(Vergleichsbeispiel 2)
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Die Temperatur wurde nach der Reifung auf eine geeignete Temperatur für den Beginn der Kristallzüchtung abgesenkt, und die Kristallzüchtung wurde unter denselben Bedingungen wie in Vergleichsbeispiel 1 durchgeführt, außer dass die Temperatur (die Leistung des Heizgeräts) nicht unmittelbar abgesenkt wurde, nachdem die primäre Schmelze des kristallinen Rohmaterials durchgeführt worden war, sondern der Schritt zur Reifung der Schmelze, indem diese für 2 Stunden gehalten wurde, vorgesehen wurde, nachdem die Leistung des Heizgeräts auf genau die Mitte zwischen der Leistung des Heizgeräts zur Zeit des Schmelzens und der Leistung des Heizgeräts zu Beginn der Kristallzüchtung eingestellt wurde. Der Tiegel und das Heizgerät wurden bei dem Schritt der Reifung in einem fixierten Zustand gehalten.
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Im Falle des Ziehens von 30 Blöcken unter den obigen Bedingungen betrug das Wiederschmelzverhältnis 0,8 und betrug das DF-Verhältnis 70%.
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Wie oben beschrieben wurde gezeigt, dass im Vergleich zu einem herkömmlichen Verfahren das Wiederschmelzverhältnis halbiert wurde und das DF-Verhältnis um ungefähr 10% verbessert wurde, indem der Schritt der Reifung vorgesehen wurde und der Tiegel und das Heizgerät in dem Schritt relativ nach oben und unten bewegt wurden wie in den Beispielen 1 bis 3. Man sollte zur Kenntnis nehmen, dass in den oben beschriebenen Beispielen nur das Heizgerät auf und ab bewegt wurde, aber dieselben Ergebnisse wurden in dem Fall erhalten, dass nur der Tiegel auf und ab bewegt wurde, und in dem Fall, dass sowohl der Tiegel als auch das Heizgerät auf und ab bewegt wurden.
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Es sollte zur Kenntnis genommen werden, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehende Ausführungsform beschränkt ist. Die Ausführungsform ist nur eine Veranschaulichung, und jegliche Beispiele, die im Wesentlichen dieselben Merkmale aufweisen und dieselben Funktionen und Wirkungen zeigen wie jene in dem technischen Konzept, das in den Ansprüchen der vorliegenden Erfindung beschrieben wird, sind von dem technischen Umfang der vorliegenden Erfindung umfasst.
