DE112010002568B4 - Method for producing a silicon single crystal - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Herstellen eines Silicium-Einkristalls, bei dem ein Silicium-Einkristall durch ein CZ-Verfahren gezogen wird, umfassend die folgenden Schritte: Eintauchen eines Impfkristalls in eine Siliciumschmelze und Beginnen, den Impfkristall zu ziehen, um den Silicium-Einkristall aus der Siliciumschmelze wachsen zu lassen; Bilden eines geraden Körperabschnitts des als Siliciumwafer zu verwendenden Silicium-Einkristalls, und Entfernen einer axialen Dislokation, die im Schritt des Eintauchens erzeugt wurde, und die sich in Kristallziehrichtung erstreckt, vor dem Schritt des Bildens eines geraden Körperabschnitts, wobei der Schritt des Entfernens der axialen Dislokation durch asymmetrisches Erwärmen bezüglich der Mittelachse des Silicium-Einkristalls ausgeführt wird, und die Fluktuation im Zustand der Feststoff-Flüssigkeit-Grenzfläche zwischen der Siliciumschmelze und dem Silicium-Einkristall erhöht wird und die Richtung, in welcher sich die axiale Dislokation erstreckt, von der Kristallwachstumsrichtung weg bewegt wird.A method of producing a silicon single crystal in which a silicon single crystal is grown by a CZ method, comprising the steps of: dipping a seed crystal in a silicon melt and starting to pull the seed crystal to grow the silicon single crystal from the silicon melt allow; Forming a straight body portion of the silicon single crystal to be used as the silicon wafer, and removing an axial dislocation generated in the step of dipping and extending in the crystal pulling direction, before the step of forming a straight body portion, the step of removing the axial body Dislocation by asymmetric heating with respect to the center axis of the silicon single crystal is performed, and the fluctuation in the state of the solid-liquid interface between the silicon melt and the silicon single crystal is increased and the direction in which the axial dislocation extends, from the crystal growth direction is moved away.
Description
TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Technik, die zur Verwendung eines Verfahrens zum Herstellen eines Silicium-Einkristalls geeignet ist.The present invention relates to a technique suitable for using a method of producing a silicon single crystal.
STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART
Als Verfahren zum Herstellen eines Silicium-Einkristalls, welches ein Material eines Siliciumwafers ist, sind Züchtungsverfahren durch ein Czochralski-Verfahren (im Folgenden als CZ-Verfahren bezeichnet) bekannt.As a method for producing a silicon single crystal which is a material of a silicon wafer, growth methods by a Czochralski method (hereinafter referred to as CZ method) are known.
Verfahren, die als CZ-Verfahren bezeichnet werden, werden bei der Hestellung eines Silicium-Einkristalls eingesetzt. Es wird zum Beispiel ein Ausgangsmaterial Polysilicium, das in einem Quarztiegel enthalten ist, unter Verwendung von Heizmitteln, zum Beispiel Widerstandheizgerät, in einer Dekompressionsinertgas(Ar)-Atmosphäre geschmolzen. Ein Impfkristall (Impfling) wird in die Oberfläche einer Siliciumschmelze nahe am Schmelzpunkt nach dem Schmelzen (Schritt des Kontaktes von Impfkristall mit der Schmelze) eingetaucht, die Schmelzetemperatur wird zu einem solchen Grad eingestellt, dass der Impfkristall Affinität zur Siliciumschmelze hat, und wenn der Impfkristall Affinität dafür hat, wird eine Impfkristallverengung im Durchmesser von etwa 5 mm durchgeführt, während der Impfkristall gezogen wird, um Dislokationen innerhalb des Impfkristalls zu entfernen (Necking-Schritt). Nach einem Necking-Schritt, bei dem die Impfkristallverengung durchgeführt wird, wird der Kristalldurchmesser in einer Kegelform vergrößert, während die Schmelzetemperatur und die Ziehgeschwindigkeit so eingestellt werden, dass ein Produktdurchmesser erhalten wird (Schulterbildungsschritt). Wenn der Kristalldurchmesser den Produktdurchmesser erreicht, wird ein Teil, der als Produkt dient, vertikal um eine konstante Länge wachsen gelassen (Schritt der Bildung eines geraden Körpers), wonach der Kristalldurchmesser in einer konischen Form (Verjüngungsschritt) verringert wird, und das Verfahren wird durch Trennung von der Schmelze, wenn der Durchmesser ausreichend klein wird, beendet.Processes called CZ process are used in the production of a silicon single crystal. For example, a starting material polysilicon contained in a quartz crucible is melted using heating means, for example, a resistance heater, in a decompressing inert gas (Ar) atmosphere. A seed is dipped in the surface of a silicon melt near the melting point after melting (step of contacting seed with the melt), the melt temperature is adjusted to such a degree that the seed has affinity for the silicon melt, and when the seed crystal Affinity for it, a Impfkristallverengung in the diameter of about 5 mm is performed while the seed is pulled to remove dislocations within the seed crystal (necking step). After a necking step in which the seed crystal narrowing is performed, the crystal diameter is increased in a cone shape while the melt temperature and the pulling rate are adjusted to obtain a product diameter (shoulder forming step). When the crystal diameter reaches the product diameter, a part serving as a product is grown vertically by a constant length (step of forming a straight body), after which the crystal diameter in a conical shape (tapering step) is decreased, and the process is performed Separation of the melt, when the diameter becomes sufficiently small, finished.
In dem oben beschriebenen CZ-Verfahren werden, wenn ein Silicium-Impfkristall in Kontakt mit einer Rohmaterial-Siliciumschmelze gebracht wird, Dislokationen (eine thermische Schock-Dislokation und eine Misfit-Dislokation bzw. Fehlversetzung) infolge eines thermischen Schocks im Impfkristall mit hoher Dichte erzeugt. Die Dislokation bzw. Versetzung wirkt als Faktor zur Behinderung einer Monokristallisation eines Kristalls, der gezüchtet werden soll. Daher wird die Dislokation bzw. Versetzung annihiliert und dann ist es erforderlich, einen Kristall wachsen zu lassen. Da die Querschnittsfläche eines Kristalls, der wachsen gelassen werden soll, im Allgemeinen kleiner wird, wird die Erzeugung der Dislokation verringert. Außerdem wird das Wachstum der Dislokation, die einmal erzeugt wurde, in einfacher Weise gestoppt. Aus diesem Grund wird beim Einkristallwachstum durch das CZ-Verfahren und dergleichen in großem Umfang ein Verfahren eingesetzt, das Dash-Necking-Verfahren genannt wird, bei dem ein Halsabschnitt bzw. Neck-Abschnitt, der eine kleine Querschnittsfläche hat, über eine vorbestimmte Länge wachsen gelassen wird und die Dislokation annihiliert wird.In the CZ method described above, when a silicon seed crystal is brought into contact with a raw material silicon melt, dislocations (thermal shock dislocation and misfit dislocation) due to thermal shock are generated in the high-density seed crystal , The dislocation acts as a factor to hinder monocrystallization of a crystal to be grown. Therefore, the dislocation is annihilated and then it is necessary to grow a crystal. Since the cross-sectional area of a crystal to be grown generally becomes smaller, generation of dislocation is reduced. In addition, the growth of the dislocation once generated is easily stopped. For this reason, in the single crystal growth by the CZ method and the like, a method called a Dash necking method in which a neck portion having a small sectional area grows over a predetermined length is widely used is left and the dislocation is annihilated.
Im Dash-Necking-Verfahren, spezifischer in einem Impfkristall-Verengungs(Necking)-Schritt, bei dem der Silicium-Impfkristall mit der Ausgangsmaterial-Siliciumschmelze in Kontakt gebracht wird und geschmolzen wird, wird der Halsabschnitt bzw. Neck-Abschnitt, dessen Durchmesser auf etwa 4 mm verengt wird, so geformt, dass er 50 bis 200 mm in der Länge ist. Danach ist es möglich, ein Verfahren der Verdickung des Einkristalls durch einen Schulterabschnitt auszuführen, bis ein vorbestimmter Durchmesser erreicht ist. Dadurch ist es möglich, in dem oben beschriebenen Neck-Abschnitt eine Dislokation, die sich aus einer Gleitversetzung, die in den Impfkristall eingeführt worden war, fortpflanzt, zu annihilieren und einen dislokationsfreien Silicium-Einkristall zu ziehen.In the neck-necking process, more specifically, in a seed crystal necking step in which the silicon seed crystal is brought into contact with the raw material silicon melt and melted, the neck portion becomes the diameter thereof about 4 mm, shaped to be 50 to 200 mm in length. Thereafter, it is possible to carry out a process of thickening the single crystal through a shoulder portion until a predetermined diameter is reached. Thereby, it is possible to annihilate in the neck portion described above a dislocation propagated from a slip dislocation introduced into the seed crystal and to pull a dislocation-free silicon single crystal.
Wenn ein Einkristall mit großem Gewicht gezogen wird, wird außerdem die Dislokation, die zur Zeit des in Kontakt bringens mit einer Schmelze eingeführt wird, unterdrückt, indem kein thermischer Schock angewendet wird. Techniken, die ähnlich dazu sind, sind in
Alternativ gibt es, wie in
Außerdem offenbart die
Die
Darüber hinaus offenbart die
Außerdem offenbart die
Aus der
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
[Technisches Problem][Technical problem]
In den in
Außerdem tritt, wie es in
Wenn ein beweglicher Teil innerhalb eines Ofens angeordnet ist, wie es in
Darüber hinaus besteht das Problem, dass der Zustand der Erzeugung und Entfernung der Dislokation nicht genau festgestellt wird.In addition, there is a problem that the state of generation and removal of the dislocation is not accurately detected.
Darüber hinaus wird der Mechanismus der Erzeugung und Entfernung der Dislokation bzw. Versetzung nicht genau verstanden. Aus diesem Grund wurde nicht verstanden, wie die Dislokation vollständig entfernt werden könnte. Insbesondere eine Dislokation (axiale Dislokation), die sich in der Kristallziehrichtung erstreckt und nicht durch Änderung des Kristalldurchmessers durch ein Dash-Necking-Verfahren und dergleichen entfernt werden kann, existiert bei den Dislokationen, die im Neck-Abschnitt erzeugt werden. Die axiale Dislokation (schwer zu entfernende Dislokation) existiert über die gesamte Länge des geraden Körperabschnitts, und es war unklar, wie sie entfernt werden könnte.Moreover, the mechanism of generation and removal of the dislocation is not well understood. For this reason, it was not understood how the dislocation could be completely removed. In particular, dislocation (axial dislocation) which extends in the crystal pulling direction and can not be removed by changing the crystal diameter by a dash necking method and the like exists in the dislocations generated in the neck portion. Axial dislocation (difficult to remove dislocation) exists over the entire length of the straight body segment, and it was unclear how it could be removed.
Diese Erfindung wurde in Anbetracht solcher Umstände zustande gebracht und eine Aufgabe derselben besteht darin, Folgendes zu erreichen:
- 1. einen dislokationsfreien Zustand zu verwirklichen, indem eine Dislokation, die in einem Impfkristall-Schmelze-Kontakt-Schritt erzeugt wurde, zuverlässig zu entfernen;
- 2. den Zustand zur Erzeugung und Entfernung einer Dislokation, insbesondere einer axialen Dislokation, genau zu bestimmen;
- 3. eine Beziehung zwischen dem Verhalten einer Dislokation in einem Neck-Abschnitt und den Ziehbedingungen genau zu bestimmen;
- 4. Die Ziehbedingungen, die geeignet sind, einen dislokationsfreien Zustand einzustellen, genau zu bestimmen.
- 1. to realize a dislocation-free state by reliably removing a dislocation generated in a seed crystal melt contact step;
- (2) accurately determine the state of creation and removal of a dislocation, in particular axial dislocation;
- 3. accurately determine a relationship between the behavior of a dislocation in a neck section and the pulling conditions;
- 4. Determine the drawing conditions that are suitable for setting a dislocation-free state.
Lösung des Problemsthe solution of the problem
Beim Züchten eines Silicium-Kristalls mit großem Durchmesser, der einen Durchmesser von 300 mm oder größer, insbesondere etwa 450 mm hat, wird der Durchmesser des Neck-Abschnitts (Dash-Neck-Abschnitt) zum Tragen eines großen Gewichts ein Problem. Folglich haben die Erfinder die Durchführung eines sicheren Wachstums durch Erhöhung des Durchmessers des Abschnitts, der als Neck-Abschnitt im Stand der Technik bezeichnet wird, bei Aufrechterhaltung eines dislokationsfreien Zustandes untersucht. Hier wird die Produktion eines Silicium-Einkristalls mit großem Gewicht und der Größenordnung von mehreren hundert Kilogramm bis mehreren Tonnen durch ein einfaches Verfahren ohne Einsetzen einer speziellen Vorrichtung, die als Kontaminationsquelle dient, innerhalb des Ofens ins Auge gefasst.When growing a large-diameter silicon crystal having a diameter of 300 mm or larger, particularly about 450 mm, the diameter of the neck portion (dash-neck portion) becomes a problem for carrying a large weight. Thus, the inventors have investigated the performance of secure growth by increasing the diameter of the portion, referred to as the neck portion in the prior art, while maintaining a dislocation-free state. Here, the production of a single-crystal silicon monocrystal of several hundred kilograms to several tons is envisaged by a simple method without employing a special device serving as a source of contamination within the furnace.
Beim Züchten des Silicium-Einkristalls mit großem Durchmesser wird normalerweise ein Verfahren verwendet, das „Dash-Necking-Verfahren” genannt wird. Im Dash-Necking-Verfahren wird der Durchmesser zur Zeit des Wachsenlassens des Silicium-Einkristalls verringert und es wird eine Dislokation (thermische Schock-Dislokation, Misfit-Dislokation), die eingeführt wird, wenn ein Silicium-Impfkristall und eine Siliciumschmelze miteinander in Kontakt kommen, entfernt. In diesem Fall entfernt eine Reduzierung im Durchmesser des Neck-Abschnitts die Dislokation in einfacher Weise. Um einen Kristall mit großem Gewicht zu züchten, ist es außerdem infolge der Last, die der Neck-Abschnitt trägt, notwendig, den Durchmesser zu erhöhen. Die Dicke des Neck-Abschnitts wird auf eine Größe eingestellt, die durch diese Beziehungen errechnet wird. Im Silicium-Einkristall, der einen Durchmesser von 300 mm hat, kann die Kristalllast mit einem Durchmesser von etwa 5 mm getragen werden. Wenn allerdings der Durchmesser des Silicium-Einkristalls 450 mm ist, kann es ein Problem geben, dass die Last nicht durch den Neck-Abschnitt getragen werden kann, wenn der Kristall bis zu einer erforderlichen Länge gezüchtet wird.In growing the large-diameter silicon single crystal, a method called "dash-necking method" is normally used. In the Dash-Necking method, the diameter at the time of growing the silicon single crystal is reduced and dislocation (thermal shock dislocation) introduced when a silicon seed crystal and a silicon melt come into contact with each other , away. In this case, a reduction in the diameter of the neck portion removes the dislocation in a simple manner. In addition, in order to grow a crystal of great weight, it is necessary to increase the diameter due to the load carried by the neck portion. The thickness of the neck portion is set to a size calculated by these relationships. In the silicon single crystal having a diameter of 300 mm, the crystal load can be supported with a diameter of about 5 mm. However, if the diameter of the silicon monocrystal is 450 mm, there may be a problem that the load can not be carried by the neck portion when the crystal is grown to a required length.
Außerdem gibt es, wie oben beschrieben wurde, als weitere Verfahren, ein Verfahren, bei dem keine thermische Schock-Dislokation eingeführt wird, indem die Oberflächentemperaturdifferenz zwischen dem Impfkristall und der Schmelze (Siliciumschmelze) verringert wird, um den Neck-Abschnitt zu verdicken. Wenn allerdings der Neck-Abschnitt nicht verengt wurde oder der Impfkristall nicht auf eine hohe Temperatur eingestellt wurde, trat ein Fall ein, in dem das Wachstum des Silicium-Einkristalls erreicht wurde.In addition, as described above, as another method, there is a method in which no thermal shock dislocation is introduced by reducing the surface temperature difference between the seed crystal and the melt (silicon melt) to thicken the neck portion. However, when the neck portion was not narrowed or the seed crystal was not set to a high temperature, a case occurred in which the growth of the silicon single crystal was achieved.
Folglich gehen die Erfinder davon aus, dass der Silicium-Kristall mit großem Gewicht durch ein einfaches Verfahren gezüchtet werden kann, das keine speziellen Verfahren oder Vorrichtungen benötigt, solange solche Bedingungen geklärt werden können, und haben Mittel zur genauen Untersuchung des Verhaltens der Dislokation innerhalb des Neck-Abschnitts, das mit dem Ziehen desselben einhergeht, gesucht.Consequently, the inventors believe that the silicon crystal can be grown with great weight by a simple process that does not require special methods or devices as long as such conditions can be clarified, and have means for accurately examining the behavior of dislocation within the Neck section associated with the dragging thereof searched.
Die Erfinder haben untersucht, wie sich die Dislokation im Necking-Schritt verhält. Außerdem haben sie untersucht, warum die axiale Dislokation nicht entfernt werden kann. Sie gehen davon aus, dass, sowie das Verhalten der Dislokation geklärt werden kann, es möglich ist, einen Silicium-Kristall, in dem eine Dislokation vollständig entfernt ist, durch ein einfaches Verfahren, das keine speziellen Verfahren oder Vorrichtungen erfordert, zu züchten. Sie haben dann nach Mitteln zur genauen Untersuchung des Verhaltens der Dislokation im Neck-Abschnitt, das mit dem Ziehen desselben einhergeht, gesucht.The inventors have investigated how the dislocation behaves in the necking step. They also investigated why the axial dislocation can not be removed. They assume that, as well as the behavior of the dislocation can be clarified, it is possible to grow a silicon crystal in which a dislocation is completely removed by a simple method which does not require special methods or devices. They then searched for means of scrutinizing the behavior of the dislocation in the neck section associated with the pulling of it.
Im Stand der Technik wurde eine Analyse des Dislokationszustandes im Neck-Abschnitt unter Verwendung von Röntgentopographie durchgeführt. Bei diesem Verfahren wurde der Querschnitt des Neck-Abschnitts zu einer Dicke von etwa 1,5 mm geschnitten und dann wurde eine Röntgentransmissionsbetrachtung durchgeführt, indem die Oberfläche mit einer gemischten Säure und dergleichen geätzt wurde. Daher konnten nur Bilder eines bestimmten Querschnitts direkt beobachtet werden, die Bilder, die 1,5 mm beabstandet waren, wurden zusammengesetzt und eine Änderung im Dislokationszustand, einhergehend mit dem Kristallwachstum, wurde entnommen. Aus diesem Grund konnte nur die Dislokation, die sich schräg zur Ziehachse, welches eine Mittelachse des Silicium-Einkristalls in der Ziehrichtung ist, beobachtet werden.In the prior art, an analysis of the dislocation state in the neck portion was performed using X-ray topography. In this method, the cross section of the neck portion was cut to a thickness of about 1.5 mm, and then an X-ray transmission observation was performed by etching the surface with a mixed acid and the like. Therefore, only images of a certain cross section could be directly observed, the images spaced 1.5 mm apart were assembled, and a change in dislocation state accompanied with crystal growth was taken out. For this reason, only the dislocation oblique to the drawing axis, which is a central axis of the silicon monocrystal in the drawing direction, could be observed.
Wenn allerdings ein weißer Röntgenstrahl als Hochenergiestrahlung eines Levels, wie in SYNCHROTRON RADIATION INSTRUMENTATION: Ninth International Conference an Synchrotron Radiation Instrumentation, AIP Conference Proceedings, Band 879, S. 1545–1549 (2007) offenbart ist, verwendet wurde, wurde festgestellt, dass, wenn der Neck-Abschnitt betrachtet wurde, die Dislokation in einer Schlaufenform annihiliert wurde. Außerdem wurde festgestellt, dass die Dislokation in anderen Ebenen als der normalen {111}-Ebene existierte. However, when a white X-ray beam was used as a high-energy beam of a level as disclosed in SYNCHROTRON RADIATION INSTRUMENTATION: Ninth International Conference to Synchrotron Radiation Instrumentation, AIP Conference Proceedings, Vol. 879, pp. 1545-1549 (2007), it was found that when the neck section was viewed, the dislocation was annihilated in a loop form. In addition, it was found that the dislocation existed at levels other than the normal {111} plane.
Das heißt, die Erfinder klärten die Existenz der oben genannten axialen Dislokation zum ersten Mal durch ein solches Verfahren. Die axiale Dislokation wurde als eine Vertiefung (pit) im geraden Körperabschnitt des Silicium-Einkristalls und in dem Wafer, zu dem er in Scheiben geschnitten wurde, beobachtet. Allerdings wurde nicht erkannt, dass die beobachtete Vertiefung die axiale Dislokation ist.That is, the inventors clarified the existence of the above-mentioned axial dislocation for the first time by such a method. The axial dislocation was observed as a pit in the straight body portion of the silicon single crystal and in the wafer to which it was sliced. However, it was not recognized that the observed pit is the axial dislocation.
Diese axiale Dislokation kann in dem Wafer in klarer Unterscheidung von anderen Vertiefungen durch das folgende Verfahren detektiert werden.This axial dislocation can be detected in the wafer in clear differentiation from other wells by the following method.
Erstens, im Silicium-Einkristall, aus dem der Wafer als Scheibe geschnitten wird, ist die Kristallhabituslinie in geeigneter Weise ausgebildet und der dislokationsfreie Zustand kann verwirklicht werden, und der Silicium-Einkristall wird auch durch eine andere Prüfung als Monokristall erkannt. Es ist möglich, in einer Waferoberfläche die axiale Dislokation zu identifizieren, indem eine Verformungsmessung unter Verwendung optischer Untersuchungsmittel durchgeführt wird. Als Untersuchungsmittel kann die Verformungsuntersuchungsvorrichtung (SIRD; eingetragene Marke) SirTec, hergestellt von JENA WAVE, verwendet werden, die in der Lage ist, den Verformungszustand durch innere Spannung visuell zu beobachten.First, in the silicon single crystal from which the wafer is cut as a wafer, the crystal habit line is appropriately formed and the dislocation-free state can be realized, and the silicon single crystal is also recognized as a monocrystal by other testing. It is possible to identify the axial dislocation in a wafer surface by performing a strain measurement using optical inspection means. As the inspection means, the deformation inspection device (SIRD; registered trademark) SirTec manufactured by JENA WAVE, which is capable of visually observing the state of deformation by internal stress, can be used.
In diesem Fall wird ein Manifestationsprozess durch Erhitzen auf 900 bis 1250°C × 1 s oder mehr bei einer Rate der Temperaturerhöhung und -senkung von 10 bis 300°C/s an dem zu evaluierendem Wafer durchgeführt. Danach werden die Oberflächeneigenschaften des Wafers, einschließlich der manifestierten Verformung, evaluiert. Dieser Manifestationsprozess soll bewirken, dass eine große Temperaturdifferenz durch rasches Erhitzen in der Ebene des Wafers auftritt und thermische Beanspruchung bzw. Spannung, verursacht durch diese Temperaturdifferenz, erzeugen. Daher ist kein Erhitzen über einen langen Zeitraum erforderlich und die gewünschte Wirkung kann sogar durch Erhitzen über einen kurzen Zeitraum von etwa 1 Sekunde gezeigt werden.In this case, a manifestation process is performed by heating to 900 to 1250 ° C x 1 s or more at a rate of elevating and decreasing the temperature of 10 to 300 ° C / s on the wafer to be evaluated. Thereafter, the surface properties of the wafer, including the manifested deformation, are evaluated. This manifestation process is intended to cause a large temperature difference to occur by rapid heating in the plane of the wafer and generate thermal stress caused by this temperature difference. Therefore, no heating for a long time is required, and the desired effect can be exhibited even by heating for a short period of about 1 second.
Da die axiale Dislokation über beide Seiten des Wafers existiert, wird die Verformung durch die thermische Beanspruchung, die durch den Manifestationsprozess erzeugt wird, in welchem ein rasches Erhitzen für einen sehr kurzen Zeitraum durchgeführt wird, wie es oben erwähnt wurde, erhöht. Andererseits wird bei der Untersuchung der Oberflächenkontamination mit Hilfe eines Laseroberflächenuntersuchungsgeräts und dergleichen eine Vertiefung ähnlich der axialen Dislokation detektiert. Allerdings wird angenommen, dass sich bei der Dislokation, die keine solche Länge hat, dass sie durch beide Seiten des Wafers geht, die Verformung durch die thermische Beanspruchung, die durch den Manifestationsprozess erzeugt wird, nicht erhöht. Das heißt, es wird angenommen, dass bei der Dislokation, bei der die Größe derselben weniger als 10% der Dicke des Wafers ist, die Verformung durch die durch den Manifestationsprozess erzeugte thermische Beanspruchung nicht zunimmt.Since the axial dislocation exists over both sides of the wafer, the strain is increased by the thermal stress generated by the manifestation process in which rapid heating is performed for a very short period of time as mentioned above. On the other hand, in the investigation of the surface contamination by means of a laser surface inspection apparatus and the like, a pit similar to the axial dislocation is detected. However, in the dislocation which has no such length as to pass through both sides of the wafer, it is considered that the strain due to the thermal stress generated by the manifestation process is not increased. That is, it is believed that in the dislocation where the size thereof is less than 10% of the thickness of the wafer, the deformation by the thermal stress generated by the manifestation process does not increase.
Obgleich die axiale Dislokation durch den oben beschriebenen Manifestationsprozess gezeigt wird, können aus dem obigen Grund andere Vertiefungen und dergleichen durch diesen Manifestationsprozess nicht gezeigt werden.
Das Betrachtungsbeispiel, das in
Die axiale Dislokation wird in der Stufe des Inkontaktbringens des Impfkristalls mit der Schmelze erzeugt. Die axiale Dislokation ist eine Dislokation, die kontinuierlich in der Wachstumsrichtung des Kristalls bis zum Necking-Schritt, dem Schritt der Bildung eines Schulterabschnitts (Durchmesservergrößerung) und dem Schritt des Wachstums des geraden Körperabschnitts existiert. Zur Zeit der Herstellung des Wafers existiert die axiale Dislokation ausschließlich in einer spezifischen Region des Wafers. Außerdem kann die axiale Dislokation durch Verfahren, die zur Zeit des Wachsens des Neck-Abschnitts, die im Stand der Technik bekannt sind, zum Beispiel ein Verfahren zum Einstellen der Durchmesservergrößerung, der Durchmesserverringerung und der Länge des Neck-Abschnitts auf einen bestimmten Level oder höher, wie das Dash-Necking-Verfahren, nicht entfernt werden.The axial dislocation is generated in the step of contacting the seed crystal with the melt. The axial dislocation is a dislocation that exists continuously in the growth direction of the crystal until the necking step, the step of forming a shoulder portion (increase in diameter), and the step of growing the straight body portion. At the time of wafer fabrication, axial dislocation exists only in a specific region of the wafer. In addition, the axial dislocation can be performed by methods known in the art at the time of growing the neck portion, for example, a method of adjusting the diameter increase, the diameter reduction and the length of the neck section to a certain level or higher, such as the dash necking method.
Wie in
Wenn die Nachbarschaft des Impfkristalls T vergrößert wird, wie es in
Unter den thermischen Schock-Dislokationen Jn und den Misfit-Dislokationen Jm ist die axiale Dislokation J eine Dislokation, die in Wachstumsrichtung (axiale Richtung) wächst. Spezifisch ausgedrückt, wie es in
Inzwischen gibt es für den Silicium-Einkristall, der um eine vorbestimmte Länge oder Größe gewachsen ist, eine Möglichkeit, dass die axiale Dislokation annihiliert wird. Allerdings wird derzeit in der Herstellungsanlage, eine axiale Dislokation erstmals erkannt, wenn die Daten des Wafers, für den ein Stück des gezogenen Einkristalls in Scheiben geschnitten wurde, abgeglichen werden. Die axiale Dislokation liegt normalerweise über die gesamte Länge eines Silicium-Einkristalls vor und geht oft durch den Silicium-Einkristall.Meanwhile, for the silicon single crystal grown by a predetermined length or size, there is a possibility that the axial dislocation is annihilated. However, at present, in the manufacturing facility, axial dislocation is first detected when the data of the wafer for which a piece of the pulled single crystal has been sliced is adjusted. The axial dislocation is normally over the entire length of a silicon single crystal and often passes through the silicon single crystal.
Hier wird vorzugsweise als Hochenergiestrahlung zur Messung der Dislokation in dem Silicium-Einkristall, der durch ein CZ-Verfahren zu ziehen ist, weiße Röntgentopographie durch einen weißen Röntgenstrahl bevorzugt eingesetzt. Es wird insbesondere ein Röntgenstrahl, der ein kontinuierliches Energiespektrum von 30 keV bis 1 MeV, etwa 40 keV bis 100 keV und 50 keV bis 60 keV hat, verwendet. Alternativ wird ein Röntgenstrahl mit einer Wellenlänge von etwa 0,001 nm bis 0,25 nm verwendet. Außerdem wurde ein Röntgenstrahl verwendet, in dem die Photonenzahl, die durch einen Schlitz von 1 mm × 1 mm in einer Position, 44 mm beabstandet von einer Lichtquelle, eine Verteilung hat, wie sie in
Es wird ein derartiger weißer Röntgenstrahl mit hoher Energie verwendet, wodurch es möglich ist, das Verhalten zum Beispiel der Dislokation innerhalb des Silicium-Einkristalls dreidimensional als Bild zu beobachten, ohne eine destruktive Untersuchung, zum Beispiel Schneiden in Scheiben, durchzuführen, und Positionsinformationen über die Dislokation und die Eigenschaft der Dislokation erstmals zu beobachten.Such a high energy white x-ray beam is used, whereby it is possible to three-dimensionally image the behavior of, for example, dislocation within the silicon single crystal without performing a destructive inspection, for example, slicing, and positional information about the Dislocation and the property of the dislocation first observed.
Wie in
Die Röntgen-Topographie wird auch als Röntgen-Diffraktionsmikrographie bezeichnet und ist ein Verfahren zur Betrachtung einer räumlichen Verteilung von Fehlern in nicht-zerstörerischer Art. Wenn ein Röntgenstrahl veranlasst wird, kontinuierlich auf den Silicium-Einkristall zu fallen, wird eine Vielzahl von Diffraktionsbildern, die auf einen Diffraktionspunkt bezogen werden, beobachtet. Die Röntgen-Topographie analysiert die Diffraktionspunkte.X-ray topography is also referred to as X-ray diffraction micrography, and is a method of viewing a spatial distribution of errors in a non-destructive manner. When an X-ray beam is caused to continuously fall on the silicon single crystal, a plurality of diffraction images, the to a diffraction point, observed. The X-ray topography analyzes the diffraction points.
Hier umfassen zweidimensionale Detektoren, die bei der Betrachtung des Diffraktionsbildes eingesetzt werden: eine Abbildungsplatte, in der ein durch Licht stimulierbares Leuchtphänomen einer Fluoreszenzplatte, ein Röntgenfilm, eine Kernplatte und ein lichtstimulierbarer Phosphor (BaFBr:Eu2 +) verwendet wird; ein Röntgenfernsehgerät, das eine Bildaufnahmeröhre verwendet, in welcher ein PbO-Film oder ein amorpher Se-As-Film, der für einen Röntgenstrahl empfindlich ist, als photoleitende Oberfläche verwendet wird, und ein Röntgendetektor des CCD-Typs, der eine ladungsgekoppelte CCD-Vorrichtung nutzt. Bezüglich eines in der Erfindung verwendeten Röntgendetektors ist es bevorzugt, die folgenden Charakteristika als räumliche Auflösung oder dynamischen Bereich zu berücksichtigen.
Detektive Quantumseffizienz
Dynamischer Bereich
Lineare Festigkeitsregion
Totzeit und Impulsverlust
Lichtaufnehmender Bereich und Positionsauflösung
Nicht-Gleichmäßigkeit der Empfindlichkeit
Nicht-Linearität (oder Bildverzerrung) der Position
Energieauflösung
Zeitauflösung
Fähigkeit zur Echtzeitmessung
Betriebsstabilität Here, two-dimensional detectors which are used in consideration of the diffraction image comprising: an imaging plate in which a stimulable by light luminous phenomenon of a fluorescent plate, an X-ray film, a core plate and a lichtstimulierbarer phosphor (BaFBr: Eu 2+) is used; an X-ray television using an image pickup tube in which a PbO film or an amorphous Se-As film sensitive to an X-ray is used as a photoconductive surface, and a CCD type X-ray detector incorporating a charge coupled CCD device uses. With respect to an X-ray detector used in the invention, it is preferable to consider the following characteristics as spatial resolution or dynamic range.
Detective Quantum Efficiency
Dynamic range
Linear strength region
Dead time and pulse loss
Light receiving area and position resolution
Non-uniformity of sensitivity
Non-linearity (or image distortion) of the position
energy resolution
time resolution
Ability to measure in real time
operational stability
Beim Ziehen des Silicium-Einkristalls werden, selbst wenn Ofenelemente wie zum Beispiel derselbe Kohlenstoff in derselben Vorrichtung (CZ-Ofen) in der gleichen Weise verwendet werden, der Erzeugungszustand der Dislokation und das Verhalten der Dislokation sich in Abhängigkeit von den Bedingungen zur Zeit des Ziehens des Silicium-Einkristalls ändern. Hier umfassen die Bedingungen zur Zeit des Ziehens zum Beispiel die Ziehgeschwindigkeit, die Höhe (Abstand) vom Flüssigkeitslevel der Siliciumschmelze zu einem Hitzeschildelement, die Zeit des Haltens des Impfkristalls vor dem Kontakt mit der Siliciumschmelze auf dem Flüssigkeitslevel der Siliciumschmelze. Durch Verwendung von Mitteln zur Beobachtung des Verhaltens der Dislokation innerhalb des Silicium-Einkristalls durch Strahlung hoher Energie ist es daraus möglich, die Produktionsbedingungen des Neck-Abschnitts (des Dislokationsentfernungsabschnitts und des dislokationsfreien Abschnitts) zu der Zeit einer Verwendung einer Produktionsapparatur, die einen Aufbau hat, bei dem verschiedene Öfen oder verschiedene Kohlenstoffmaterialien kombiniert sind, zu bestimmen.In pulling the silicon single crystal, even if furnace elements such as the same carbon are used in the same device (CZ furnace) in the same manner, the generation state of the dislocation and the behavior of dislocation become dependent on the conditions at the time of drawing of the silicon single crystal. Here, the conditions at the time of drawing include, for example, the pulling rate, the height (distance) from the liquid level of the molten silicon melt to a heat shield element, the time of keeping the seed crystal in contact with the molten silicon at the liquid level of the molten silicon melt. From this, by using means for observing the behavior of dislocation within the silicon single crystal by high-energy radiation, it is possible to control the production conditions of the neck portion (the dislocation removal portion and the dislocation-free portion) at the time of using a production apparatus having a structure in which different furnaces or different carbon materials are combined to determine.
Daher wird die Betrachtung bzw. die Beobachtung durch die Röntgen-Topographie durchgeführt, wodurch es möglich ist, die Produktionsbedingungen auszuschließen, bei denen die axiale Dislokation erzeugt wird, und die Produktionsbedingungen zu spezifizieren, bei denen die axiale Dislokation nicht erzeugt wird. Die Herstellungsbedingungen hierin umfassen Vorrichtungen zum Ziehen und Produzieren eines Einkristalls, Mittel, Teile, Zustände und Verfahren in Verbindung mit allen Charakteristika eines Einkristalls und eines Wafers zusätzlich zu den so genannten Kontrollparametern.Therefore, the observation is performed by the X-ray topography, whereby it is possible to eliminate the production conditions in which the axial dislocation is generated and to specify the production conditions in which the axial dislocation is not generated. The manufacturing conditions herein include devices for pulling and producing a single crystal, means, parts, states, and methods in conjunction with all the characteristics of a single crystal and a wafer in addition to the so-called control parameters.
Bei einem Siliciumkristall mit großem Durchmesser, der einen Durchmesser von 300 mm oder größer, insbesondere etwa 450 mm hat, wird der Durchmesser des Neck-Abschnitts (Dash-Neck-Abschnitt) zum Tragen eines großen Gewichtes ein Problem. Folglich haben die Erfinder eine Vergrößerung des Durchmessers des Abschnitts, der im Stand der Technik Neck-Abschnitt genannt wird, untersucht, und zwar mit dem Ziel, den Silicium-Einkristall mit großem Gewicht in der Größenordnung von mehreren hundert Kilogramm bis mehreren Tonnen in dem Zustand, in dem keine axiale Dislokation existiert, durch ein einfaches Verfahren sicher wachsen zu lassen, ohne eine spezielle Vorrichtung, die als Kontaminationsquelle wirkt, in dem Ofen zu platzieren.With a large-diameter silicon crystal having a diameter of 300 mm or larger, especially about 450 mm, the diameter of the neck portion (dash-neck portion) becomes a problem for carrying a large weight. Consequently, the present inventors have studied an increase in the diameter of the portion called a neck portion in the prior art, with the aim of producing the silicon monocrystal of large weight on the order of several hundred kilograms to several tons in the state in which there is no axial dislocation, can grow safely by a simple method without placing a special device acting as a source of contamination in the furnace.
Beim Züchten bzw. Wachsenlassen eines Silicium-Einkristalls mit großem Durchmesser wird der Neck-Abschnitt gebildet, indem der Durchmesser des Silicium-Einkristalls in einem frühen Stadium des Wachstums verringert wird, normalerweise indem das oben erwähnte Dash-Necking-Verfahren angewendet wird. Dadurch wird die Dislokation (die thermische Schock-Dislokation und die Misfit-Dislokation), die eingeführt wird, wenn der Silicium-Impfkristall und die Siliciumschmelze miteinander in Kontakt gebracht werden, in dem Neck-Abschnitt entfernt. In diesem Fall entfernt eine Reduzierung des Durchmessers des Neck-Abschnitts die Dislokation in einfacher Weise. Um allerdings einen Kristall mit großem Gewicht zu züchten, ist es im Hinblick auf die Last, die der Neck-Abschnitt trägt, notwendig, den Durchmesser zu vergrößern. Die Dicke des Neck-Abschnitts wird aus diesen Beziehungen berechnet. In dem Kristall, der einen Durchmesser von etwa 300 mm hat, kann die Kristalllast mit einem Durchmesser von etwa 5 mm getragen werden. Wenn allerdings der Kristall bis zu einer notwendigen Kristalllänge bei dem Kristall, der einen Durchmesser von 450 mm hat, gezüchtet wird, kann das Problem auftreten, dass die Last nicht getragen werden kann. Aus diesem Grund haben die Erfinder eine Vergrößerung des Durchmessers des Necks, wie oben beschrieben, untersucht.In growing a large-diameter silicon single crystal, the neck portion is formed by reducing the diameter of the silicon single crystal at an early stage of growth, usually by using the above-mentioned dash-necking method. Thereby, the dislocation (the thermal shock dislocation and the misfit dislocation) introduced when the silicon seed and the silicon melt are brought into contact with each other in the neck section. In this case, a reduction in the diameter of the neck portion removes the dislocation in a simple manner. However, in order to grow a crystal of great weight, it is necessary to increase the diameter in view of the load borne by the neck portion. The thickness of the neck section is calculated from these relationships. In the crystal, which has a diameter of about 300 mm, the crystal load can be carried with a diameter of about 5 mm. However, when the crystal is grown to a necessary crystal length in the crystal having a diameter of 450 mm, there may arise the problem that the load can not be carried. For this reason, the inventors have studied an increase in the diameter of the neck as described above.
Die Erfinder haben festgestellt, dass, wenn der Durchmesser des Neck-Abschnitts auf diese Weise vergrößert wird, der Fall eintreten kann, in dem die oben erwähnte axiale Dislokation J existiert. Im Stand der Technik wurde eine solche axiale Dislokation nicht bestätigt.The inventors have found that if the diameter of the neck portion is increased in this way, the case may occur in which the above-mentioned axial dislocation J exists. In the prior art, such axial dislocation has not been confirmed.
Es wurde bewiesen, dass die folgenden Charakteristika im Verhalten der thermischen Schock-Dislokation Jn und der Misfit-Dislokation Jm vorliegen. Hier gibt das Verhalten der thermischen Schock-Dislokation Jn und der Misfit-Dislokation Jm die Ausbreitungsrichtung und dergleichen im Verfahren des Wachsens des Silicium-Einkristalls, in welchem der Neck-Abschnitt, der Schulter-Abschnitt und der gerade Körperabschnitt gezogen werden, an.
- 1) Als Hauptprämisse, die Dislokation wandert durch die Gleitebene ({111}-Ebene im Fall von Silicium);
- 2) normalerweise wird die Dislokation in die {111}-Ebene eingeführt;
- 3) die Dislokation kann selten durch eine andere Ebene wandern, ohne dass sie in die {111}-Ebene eingeführt wird; außerdem bewegt sich selbst in diesem Fall die Dislokation normalerweise unverzüglich zu der {111}-Ebene;
- 4) die meisten der Dislokationen, die in den Silicium-Einkristall, der durch ein CZ-Verfahren produziert wird,
- 1) As the main premise, the dislocation travels through the slip plane ({111} plane in the case of silicon);
- 2) normally the dislocation is introduced into the {111} plane;
- 3) the dislocation can rarely move through another plane without being introduced into the {111} plane; moreover, even in this case, the dislocation normally moves immediately to the {111} plane;
- 4) most of the dislocations produced in the silicon single crystal produced by a CZ method
Hier wird in Tabelle 1 als Gleitebene, zu der sich die Dislokation bewegt, und dem Typ des zu ziehenden Kristalls, der Winkel zwischen den Kristallebenen angegeben.
Wenn der Silicium-Einkristall zur Herstellung eines <100>-Wafers durch Ziehen aus der Siliciumschmelze produziert wird, wie es in
Danach erreicht die axiale Dislokation nicht die Oberfläche des Silicium-Einkristalls, selbst wenn der Durchmesser des Silicium-Einkristalls bis auf den Durchmesser des Produktes vergrößert wird. Ein solcher Silicium-Einkristall, der eine axiale Dislokation hat, hat eine Kristallhabituslinie ähnlich der des Silicium-Einkristalls, der keine axiale Dislokation hat, und kann im Zustand eines Ingots in einigen Fällen nicht von einem nicht-fehlerhaften Produkt unterschieden werden. Wenn der Wafer, der durch Schneiden des Ingots in Scheiben erhalten wird, untersucht wird, wird die axiale Dislokation als Fehler detektiert.Thereafter, the axial dislocation does not reach the surface of the silicon single crystal even if the diameter of the silicon single crystal is increased to the diameter of the product. Such a silicon single crystal having an axial dislocation has a crystal habit line similar to that of silicon. Single crystal having no axial dislocation and in the state of an ingot can not be distinguished from a non-defective product in some cases. When the wafer obtained by slicing the ingot is examined, the axial dislocation is detected as an error.
Außerdem kann ein Fall auftreten, bei dem die Dislokation, die sich in der Wachstumsrichtung des Silicium-Einkristalls ersteckt, sich zu der {111}-Ebene während der Vergrößerung des Durchmessers des Silicium-Einkristalls oder während der Herstellung eines Teils, in dem der Durchmesser den Durchmesser des Produkts erreicht und das als Produkt dient, bewegt, und dann wird sie eine axiale Dislokation.In addition, a case may occur in which the dislocation which extends in the growth direction of the silicon single crystal becomes the {111} plane during the increase in the diameter of the silicon single crystal or during the production of a part in which the diameter reaches the diameter of the product and which serves as a product, moves, and then it becomes an axial dislocation.
Wenn die Dislokation, die durch thermischen Schock oder Misfit eingeführt wird und sich parallel zu der Wachstumsrichtung des Kristalls erstreckt, zu der {111}-Ebene im Necking-Schritt bewegt werden kann, kann die Dislokation in dem Neck-Abschnitt entfernt werden. Das heißt, selbst wenn der Neck-Abschnitt mehr als notwendig verengt wird oder der Impfkristall nicht auf eine Temperatur eingestellt wird, die höher als notwendig ist, kann das Verfahren zu dem Schritt der Schulterbildung fortfahren, bei dem der Durchmesser des Silicium-Einkristalls in einem Zustand vergrößert wird, in dem die Dislokation im Neck-Abschnitt entfernt ist. Aus diesem Grund wird das Produkt durch die Dislokation, die in einem frühen Stadium des Kristallwachstums erzeugt wird, nicht beeinflusst. Dadurch ist es möglich, die Anzahl der Male, die der Silicium-Einkristall erneut geschmolzen wird, bei dem die axiale Dislokation in einem frühen Stadium des Kristallwachstums erzeugt wird, und die Zeit des erneuten Schmelzens des Silicium-Einkristalls zu unterdrücken.If the dislocation introduced by thermal shock or misfit and extending parallel to the growth direction of the crystal can be moved to the {111} plane in the necking step, the dislocation in the neck portion can be removed. That is, even if the neck portion is narrowed more than necessary or the seed crystal is not set at a temperature higher than necessary, the process may proceed to the step of shouldering, in which the diameter of the silicon single crystal in one State is increased, in which the dislocation in the neck section is removed. For this reason, the product is not affected by the dislocation generated at an early stage of crystal growth. Thereby, it is possible to suppress the number of times that the silicon single crystal is remelted, in which the axial dislocation is generated at an early stage of crystal growth, and the time of re-melting of the silicon single crystal.
Dementsprechend gehen die Erfinder davon aus, dass, wenn solche Bedingungen geklärt werden können, der Silicium-Kristall mit großem Gewicht, der keine axiale Dislokation hat, bei niedrigen Kosten gezüchtet werden kann, und so haben sie die vorliegende Erfindung vollendet.Accordingly, the inventors believe that, if such conditions can be clarified, the heavy-weight silicon crystal having no axial dislocation can be grown at a low cost, and so have completed the present invention.
Die Dinge, die die Erfinder als äußert wichtig erachten, sind folgende.
- 1) Der Silicium-Einkristall wird senkrecht zu der Kristallwachstumsoberfläche, die eine Grenzfläche zwischen dem Silicium-Einkristall und der Siliciumschmelze ist, wachsen gelassen. Aus diesem Grund kann der Fall eintreten, in dem die Dislokation, die zur Zeit der Bildung des Neck-Abschnitts erzeugt und eingeführt wurde, sich nicht zu der {111}-Ebene bewegt, sondern sich in Richtung senkrecht zu der Kristallwachstumsoberfläche bewegt.
- 2) Daher ist die Erfindung ein Verfahren zur Bewegung der Dislokation, die nicht in der {111}-Ebene existiert, zu der {111}-Ebene in dem Stadium, in dem der Neck-Abschnitt gebildet wird. In diesem Verfahren wird ein Mittel zur Änderung der Form der Grenzfläche zwischen dem Silicium-Einkristall und der Siliciumschmelze zur Zeit der Bildung des Neck-Abschnitts eingeführt. Die Röntgen-Topographie von Synchrotron-Strahlungseinrichtungen wird bei der Zustandsbestätigung verwendet.
- 1) The silicon single crystal is grown perpendicular to the crystal growth surface, which is an interface between the silicon single crystal and the silicon melt. For this reason, there may be the case where the dislocation generated and introduced at the time of formation of the neck portion does not move to the {111} plane but moves in the direction perpendicular to the crystal growth surface.
- 2) Therefore, the invention is a method of moving the dislocation that does not exist in the {111} plane to the {111} plane in the stage where the neck portion is formed. In this method, a means for changing the shape of the interface between the silicon single crystal and the silicon melt is introduced at the time of formation of the neck portion. The X-ray topography of synchrotron radiation devices is used in the condition confirmation.
Ein Verfahren zum Herstellen eines Silicium-Einkristalls gemäß der Erfindung, bei dem der Silicium-Einkristall durch ein CZ-Verfahren gezogen wird, umfasst: Eintauchen eines Impfkristalls in eine Siliciumschmelze und Beginnen, den Impfkristall zu ziehen, um den Silicium-Einkristall aus der Siliciumschmelze wachsen zu lassen; Bilden eines geraden Körperabschnitts des als Siliciumwafer zu verwendenden Silicium-Einkristalls, und Entfernen einer axialen Dislokation, die im Schritt des Eintauchens erzeugt wurde, und die sich in Kristallziehrichtung erstreckt, vor dem Schritt des Bildens eines geraden Körperabschnitts, wobei der Schritt des Entfernens der axialen Dislokation durch asymmetrisches Erwärmen bezüglich der Mittelachse des Silicium-Einkristalls ausgeführt wird, und die Fluktuation im Zustand der Feststoff-Flüssigkeit-Grenzfläche zwischen der Siliciumschmelze und dem Silicium-Einkristall erhöht wird und die Richtung, in welcher sich die axiale Dislokation erstreckt, von der Kristallwachstumsrichtung weg bewegt wird.A method for producing a silicon single crystal according to the invention, wherein the silicon single crystal is grown by a CZ method, comprises: dipping a seed crystal in a silicon melt and starting to pull the seed crystal to form the silicon single crystal from the silicon melt to grow; Forming a straight body portion of the silicon single crystal to be used as the silicon wafer, and removing an axial dislocation generated in the step of dipping and extending in the crystal pulling direction, before the step of forming a straight body portion, the step of removing the axial body Dislocation by asymmetric heating with respect to the center axis of the silicon single crystal is performed, and the fluctuation in the state of the solid-liquid interface between the silicon melt and the silicon single crystal is increased and the direction in which the axial dislocation extends, from the crystal growth direction is moved away.
Durch diese Schritte werden die oben genannten Probleme gelöst.These steps solve the above problems.
Des Weiteren stellt die Erfindung das Verfahren gemäß Anspruch 5 bereit.Furthermore, the invention provides the method according to
In dem Schritt des Entfernens einer axialen Dislokation kann die axiale Dislokation durch Ausdehnung in Richtung nach außen oder Innihilation in Schleifenform entsprechend dem Ziehen des Kristalls entfernt werden.In the step of removing an axial dislocation, the axial dislocation can be removed by expanding in the outward direction or in the manner of looping in accordance with the drawing of the crystal.
Im Schritt des Entfernens einer axialen Dislokation kann die Form der Feststoff-Flüssigkeit-Grenzfläche zwischen der Siliciumschmelze und dem Silicium-Einkristall von der Schmelzoberfläche verformt werden, um dadurch die Ausdehnungsrichtung der axialen Dislokation von der Kristallwachstumsrichtung wegzubewegen. In the step of removing an axial dislocation, the shape of the solid-liquid interface between the silicon melt and the silicon single crystal may be deformed from the melt surface, thereby moving the axial dislocation extension direction away from the crystal growth direction.
Im Schritt des Entfernens einer axialen Dislokation kann der Abschnitt, in dem die Tangentenebene der Feststoff-Flüssigkeit-Grenzfläche zwischen der Siliciumschmelze und dem Silicium-Einkristall parallel zu der Oberfläche der Schmelze ist, veranlasst werden, von der Mittelposition zu fluktuieren, um dadurch die Ausdehnungsrichtung der axialen Dislokation von der Kristallwachstumsrichtung wegzubewegen.In the step of removing an axial dislocation, the portion where the tangent plane of the solid-liquid interface between the silicon melt and the silicon single crystal is parallel to the surface of the melt may be made to fluctuate from the center position, thereby extending the direction of expansion the axial dislocation away from the crystal growth direction.
Im Schritt des Entfernens einer axialen Dislokation wird die Fluktuation im Zustand der Feststoff-Flüssigkeit-Grenzfläche zwischen der Siliciumschmelze und dem Silicium-Einkristall erhöht, um dadurch die Ausdehnungsrichtung der axialen Dislokation von der Kristallwachstumsrichtung wegzubewegen.In the step of removing an axial dislocation, the fluctuation in the solid-liquid interface state between the silicon melt and the silicon single crystal is increased to thereby move the axial dislocation expanding direction away from the crystal growth direction.
Im Schritt des Entfernens einer axialen Dislokation kann die Rotation des Silicium-Einkristalls bezüglich der Siliciumschmelze verringert werden, um dadurch die Fluktuation im Zustand der Feststoff-Flüssigkeit-Grenzfläche zu erhöhen.In the step of removing an axial dislocation, the rotation of the silicon single crystal with respect to the silicon melt can be reduced to thereby increase the fluctuation in the solid-liquid interface state.
Im Schritt des Entfernens einer axialen Dislokation kann das Magnetfeld, das auf die Siliciumschmelze angewandt wird, verringert werden, um dadurch die Fluktuation im Zustand der Feststoff-Flüssigkeit-Grenzfläche zu erhöhen.In the step of removing an axial dislocation, the magnetic field applied to the silicon melt can be reduced to thereby increase the fluctuation in the solid-liquid interface state.
Im Schritt des Entfernens einer axialen Dislokation kann die Fluktuation im Zustand der Feststoff-Flüssigkeit-Grenzfläche durch Heißwasserlevelvibration, die auf einen Quarzglastiegel, der die Siliciumschmelze enthält, angewandt wird, erhöht werden.In the step of removing an axial dislocation, the fluctuation in the solid-liquid interface state can be increased by hot water level vibration applied to a quartz glass crucible containing the silicon melt.
Im Schritt des Entfernens einer axialen Dislokation wird der Silicium-Einkristall asymmetrisch bezüglich der Wachstumsachse erwärmt, um dadurch die Fluktuation des Zustandes der Feststoff-Flüssigkeit-Grenzfläche zu erhöhen.In the step of removing an axial dislocation, the silicon single crystal is heated asymmetrically with respect to the growth axis to thereby increase the fluctuation of the state of the solid-liquid interface.
Im Schritt des Entfernens einer axialen Dislokation kann die Temperaturverteilung so ausgebildet sein, dass die Feststoff-Flüssigkeit-Grenzfläche zwischen der Siliciumschmelze und dem Silicium-Einkristall bezüglich der Wachstumsachse asymmetrisch ist, um dadurch die Ausbreitungsrichtung der axialen Dislokation von der Kristallwachstumsrichtung weg zu entfernen.In the step of removing an axial dislocation, the temperature distribution may be formed so that the solid-liquid interface between the silicon melt and the silicon single crystal is asymmetric with respect to the growth axis, thereby removing the propagation direction of the axial dislocation away from the crystal growth direction.
Im Schritt des Entfernens einer axialen Dislokation kann der Silicium-Einkristall asymmetrisch bezüglich der Wachstumsachse erwärmt werden, um dadurch die Feststoff-Flüssigkeit-Grenzfläche bezüglich der Wachstumsachse asymmetrisch einzustellen.In the step of removing an axial dislocation, the silicon single crystal may be heated asymmetrically with respect to the growth axis to thereby asymmetrically adjust the solid-liquid interface with respect to the growth axis.
Vorliegend offenbart wird auch ein nicht erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines Silicium-Einkristalls, in dem in einem Schritt zum Entfernen einer axialen Dislokation ein Dislokationsentfernungsabschnitt, der die im Schritt des Eintauchens erzeugte Dislokation durch Ausbreitung in Richtung nach außen oder durch Annihilation in einer Schlaufenform entsprechend dem Ziehen des Kristalls gebildet wird, umfasst: einen Durchmesservergrößerungsschritt, bei dem ein Schulterabschnitt unter Bildung eines Durchmessers bis zum notwendigen Durchmesser des geraden Körperabschnitts nach dem Schritt zum Entfernen einer axialen Dislokation gezogen wird; einen Dislokationsverhaltensinformationserfassungsschritt, bei dem Informationen über das Dislokationsverhalten, welches ein dreidimensionales Verhalten der Dislokation ist, im Dislokationsentfernungsabschnitt durch Bestrahlen des Dislokationsentfernungsabschnitts mit Strahlung hoher Energie detektiert werden; einen Schritt zum Bestimmen, dass dislokationsfrei, bei dem auf der Basis der Dislokationsverhaltensinformationen bestimmt wird, dass die Dislokation entfernt ist, und einen Schritt zum Einstellen der Ziehbedingungen, bei dem Ziehbedingungen zur dislokationsfreien Durchführung auf der Basis der Bestimmung, dass dislokationsfrei, im Schritt der Bestimmung, dass dislokationsfrei, bestimmt werden.Also disclosed herein is a non-inventive method of producing a silicon monocrystal in which, in a step of removing an axial dislocation, a dislocation removal section is provided which dislocates the dislocation generated in the step of immersion by propagating outward or by annihilation in a loop shape corresponding to that shown in FIG Drawing the crystal comprises: a diameter enlarging step in which a shoulder portion is drawn to form a diameter to the necessary diameter of the straight body portion after the step of removing an axial dislocation; a dislocation behavior information acquiring step in which information on the dislocation behavior, which is a three-dimensional behavior of the dislocation, is detected in the dislocation removing section by irradiating the dislocation removing section with high-energy radiation; a step of determining that dislocation-free determining that the dislocation is removed based on the dislocation behavior information and a step of setting the pulling conditions in the dislocation-free performing conditions based on the determination that dislocation-free are performed in the step of Determination that dislocation free, be determined.
Ein weiteres nicht erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines Silicium-Einkristalls, das hierin offenbart wird, bei dem im Schritt zum Entfernen einer axialen Dislokation ein Dislokationsentfernungsabschnitt, der die im Schritt des Eintauchens erzeugte Dislokation durch Ausbreitung in Richtung nach außen oder durch Annihilation in einer Schlaufenform entsprechend dem Ziehen des Kristalls entfernt, gebildet wird, umfasst: einen Durchmesservergrößerungsschritt, bei dem ein Schulterabschnitt unter Vergrößerung des Durchmessers bis zu dem notwendigen Durchmesser eines geraden Körperabschnitts nach dem Schritt des Entfernens einer axialen Dislokation gezogen wird; einen Dislokationsverhaltensinformationserfassungsschritt, bei dem Informationen des Dislokationsverhaltens, das ein dreidimensionales Verhalten der Dislokation ist, im Dislokationsentfernungsabschnitt durch Bestrahlen des Dislokationsentfernungsabschnitts mit Strahlung hoher Energie detektiert werden, und einen Schritt der Bestimmung, dass dislokationsfrei, bei dem auf der Basis der Dislokationsverhaltensinformationen bestimmt wird, dass die Dislokation entfernt ist. Der Durchmesservergrößerungsschritt wird auf der Basis der Bestimmung, dass dislokationsfrei, im Schritt der Bestimmung, dass dislokationsfrei, begonnen.Another non-inventive method for producing a silicon single crystal disclosed herein, wherein in the step of removing an axial dislocation, a dislocation removing portion corresponding to the dislocation generated in the step of immersion by propagating outward or by annihilation in a loop shape removed from the pulling of the crystal comprises: a diameter enlarging step of pulling a shoulder portion enlarging the diameter to the necessary diameter of a straight body portion after the step of removing an axial dislocation; a dislocation behavior information acquiring step in which information of the dislocation behavior, which is a three-dimensional behavior of dislocation, is detected in the dislocation removal section by irradiating the dislocation removal section with high-energy radiation, and a dislocation-free determination step in which it is determined based on the dislocation behavior information the dislocation is removed. Of the Diameter enlargement step is started on the basis of determining that dislocation-free in the step of determining that dislocation-free.
In dem oben beschriebenen Verfahren zum Herstellen eines Silicium-Einkristalls liegt Strahlung mit hoher Energie im Energiebereich von 40 keV bis 70 keV und der Dislokationsentfernungsabschnitt kann mit Strahlung hoher Energie im Rotationszustand bzw. Drehungszustand, wenn die Anzahl der Umdrehungen 0,1 bis 30 UpM ist, bestrahlt werden.In the above-described method for producing a silicon single crystal, high energy radiation is in the energy range of 40 keV to 70 keV, and the dislocation removal portion can be in a rotating state with high energy radiation when the number of revolutions is 0.1 to 30 rpm to be irradiated.
Ein Silicium-Einkristall wird durch eines der oben beschriebenen Herstellungsverfahren hergestellt.A silicon single crystal is produced by one of the manufacturing methods described above.
Ein Silicium-Wafer wird aus dem oben beschriebenen Silicium-Einkristall hergestellt.A silicon wafer is made of the silicon single crystal described above.
Das Verfahren zum Herstellen eines Silicium-Einkristalls gemäß der Erfindung, bei dem ein Silicium-Einkristall durch ein CZ-Verfahren gezogen wird, umfasst den Schritt des Eintauchens, den Schritt des Bildens eines geraden Körpers und den Schritt des Entfernens einer axialen Dislokation, wie es oben erwähnt wurde. Dadurch ist es erstmals möglich, die axiale Dislokation zu entfernen, für die im Stand der Technik noch kein Entfernungsverfahren bekannt ist.The method for producing a silicon single crystal according to the invention, in which a silicon single crystal is grown by a CZ method, includes the step of immersion, the step of forming a straight body, and the step of removing an axial dislocation such as mentioned above. This makes it possible for the first time to remove the axial dislocation for which no removal method is known in the prior art.
In dem Schritt des Entfernens einer axialen Dislokation ist es möglich, die axiale Dislokation vor dem Durchmesservergrößerungsschritt, bei dem der Schulterabschnitt gezogen wird, zu entfernen, indem die Ausbreitungsrichtung der axialen Dislokation von der Kristallwachstumsrichtung weg bewegt wird. Aus diesem Grund ist es möglich, den Silicium-Einkristall zu ziehen, in welchem keine Dislokation existiert, die sich bis zum geraden Körperabschnitt als axiale Dislokation erstreckt. Daher ist es möglich einen Wafer, in dem keine axiale Dislokation existiert, aus dem geraden Körperabschnitt des Silicium-Einkristalls, der keine axiale Dislokation hat, zu produzieren.In the step of removing an axial dislocation, it is possible to remove the axial dislocation before the diameter enlarging step in which the shoulder portion is pulled by moving the propagation direction of the axial dislocation away from the crystal growth direction. For this reason, it is possible to pull the silicon single crystal in which there is no dislocation extending to the straight body portion as an axial dislocation. Therefore, it is possible to produce a wafer in which no axial dislocation exists from the straight body portion of the silicon single crystal having no axial dislocation.
Im Schritt des Entfernens einer axialen Dislokation kann die Dislokation durch Ausbreitung in Richtung nach außen oder durch Annihilation in einer Schlaufenform entsprechend dem Ziehen des Kristalls entfernt werden. Das heißt, die Dislokation wird zur Gleitebene bewegt, deren Richtung von der Kristallwachstumsrichtung verschieden ist. Die Dislokation kann veranlasst werden zu der Außenseite zu wandern oder mit einer anderen Dislokation annihiliert werden. Dadurch ist es möglich, zu verhindern, dass die axiale Dislokation erzeugt wird. Daher kann aus der Siliciumschmelze ein Einkristall gezogen werden, in dem keine Dislokation vorliegt, die sich als axiale Dislokation bis zum geraden Körperabschnitt erstreckt. So ist es möglich, einen nicht-perfekten Kristall auszuschließen, der im Fachgebiet als monokristallin bezeichnet wird, in der Praxis aber eine axiale Dislokation hat, und einen Silicium-Einkristall zu ziehen, der keine axiale Dislokation hat.In the step of removing an axial dislocation, the dislocation may be removed by propagating outward or by annihilation in a loop shape in accordance with the pulling of the crystal. That is, the dislocation is moved to the sliding plane whose direction is different from the crystal growth direction. The dislocation may be caused to migrate to the outside or be annihilated with another dislocation. This makes it possible to prevent the axial dislocation from being generated. Therefore, a single crystal in which there is no dislocation extending as an axial dislocation to the straight body portion can be drawn from the silicon melt. Thus, it is possible to exclude a non-perfect crystal, which is referred to in the art as monocrystalline, but in practice has an axial dislocation, and to pull a silicon single crystal which has no axial dislocation.
Im Schritt des Entfernens einer axialen Dislokation kann die Form der Feststoff-Flüssigkeit-Grenzfläche zwischen der Siliciumschmelze und dem Silicium-Einkristall von der Oberfläche der Schmelze aus verformt werden, um dadurch die Ausbreitungsrichtung der axialen Dislokation von der Kristallwachstumsrichtung wegzubewegen.In the step of removing an axial dislocation, the shape of the solid-liquid interface between the silicon melt and the silicon single crystal may be deformed from the surface of the melt, thereby moving the propagation direction of the axial dislocation away from the crystal growth direction.
Die Ausbreitung der Dislokation bewegt sich nicht zu der {111}, die eine Gleitebene ist, sondern bewegt sich zu der Richtung senkrecht zu der Kristallwachstumsoberfläche, so dass der Kristall zuerst in Richtung senkrecht zu der Kristallwachstumsoberfläche wächst. Das heißt, wie in
Der Vorgang des Verformens der Form der Feststoff-Flüssigkeit-Grenzfläche zwischen der Siliciumschmelze und dem Silicium-Einkristall von der Oberfläche der Schmelze aus umfasst einen Vorgang des Bildens einer Feststoff-Flüssigkeit-Grenzfläche K1 zwischen der Siliciumschmelze
Dadurch erstreckt sich die Dislokation j, wie in
Daher erstreckt sich jede der Dislokationen j, wie es in
Die Beziehung zwischen der Form der Feststoff-Flüssigkeit-Grenzfläche und Propagationsrichtung der Dislokation wird wie folgt zusammengefasst.
- (a) Wenn die Grenzflächenform flach ist, erstreckt sich die Dislokation in vertikaler Richtung (der Mittelachsenrichtung und der vertikalen Richtung des Silicium-Einkristalls).
- (b) Wenn die Grenzflächenform nach unten gerichtet konvex ist, erstreckt sich die Dislokation in Richtung des äußerenen Umfangs des Silicium-Einkristalls.
- (c) Wenn die Grenzflächenform nach oben gerichtet konvex ist, erstreckt sich die Dislokation in Richtung der Innenseite des Silicium-Einkristalls.
- (a) When the interface shape is flat, the dislocation extends in the vertical direction (the central axis direction and the vertical direction of the silicon single crystal).
- (b) When the interface shape is convex downward, the dislocation extends toward the outer periphery of the silicon single crystal.
- (c) When the interface shape is convex upward, the dislocation extends toward the inside of the silicon single crystal.
Diese Formen der Feststoff-Flüssigkeit-Grenzfläche können durch die Ziehgeschwindigkeit reguliert werden. Das heißt, wenn die Ziehgeschwindigkeit erhöht wird, wird die Form der Grenzfläche nach oben gerichtet konvex. Wenn die Ziehgeschwindigkeit reduziert wird, wird die Form der Grenzfläche nach unten gerichtet konvex. Außerdem kann eine genauere Regulierung bzw. Kontrolle durchgeführt werden, indem die Intensität des anzuwendenden Magnetfelds, die Rotationsgeschwindigkeit des Tiegels, die Rotationsgeschwindigkeit des Kristalls und dergleichen geändert wird.These forms of solid-liquid interface can be regulated by the pull rate. That is, as the pulling speed is increased, the shape of the interface becomes convex upward. As the pull rate is reduced, the shape of the interface becomes convex downward. In addition, more accurate control can be performed by changing the intensity of the applied magnetic field, the rotation speed of the crucible, the rotation speed of the crystal, and the like.
Außerdem kann der Durchmesser des Kristalls mit einer Änderung bei der Ziehgeschwindigkeit fluktuieren. Wenn die Ziehgeschwindigkeit verringert wird, um zu verhindern, dass die axiale Dislokation erzeugt wird, indem die Dislokation entfernt wird, ist es möglich, die Dislokation durch Entweichen in Richtung der Außenseite des Kristalls zu entfernen und zu verhindern, dass die axiale Dislokation erzeugt wird. In diesem Fall gibt es kein Problem dahingehend, dass der Durchmesser zu einem solchen Ausmaß verringert wird, dass er fähig ist, den Kristall, der zu ziehen ist, zu halten. Wenn die Ziehgeschwindigkeit erhöht wird, kann außerdem die Dislokation durch Annihilation in Richtung der Mittelachse entfernt werden oder kann durch Entweichen zu der Außenseite, wie sie ist, entfernt werden, und damit kann verhindert werden, dass die axiale Dislokation erzeugt wird. In diesem Fall gibt es kein Problem, dass der Durchmesser zu einem solchen Maß vergrößert wird, dass Rohmaterial als Abfall anfällt. Aus diesem Grund wird der Bereich der Fluktuation beim Durchmesser des Kristalls nicht besonders beschränkt, solange das Ziehen des geraden Körperabschnitts des Silicium-Einkristalls nicht beeinflusst wird.In addition, the diameter of the crystal may fluctuate with a change in the pulling rate. When the pulling speed is decreased to prevent the axial dislocation from being generated by removing the dislocation, it is possible to remove the dislocation by escaping toward the outside of the crystal and prevent the axial dislocation from being generated. In this case, there is no problem that the diameter is reduced to such an extent that it is capable of holding the crystal to be drawn. In addition, when the pulling speed is increased, the dislocation can be removed by annihilation toward the central axis, or can be removed by escape to the outside as it is, and thus the axial dislocation can be prevented from being generated. In this case, there is no problem that the diameter is increased to such an extent that raw material is generated as waste. For this reason, the range of fluctuation in the diameter of the crystal is not particularly limited as long as the pulling of the straight body portion of the silicon single crystal is not affected.
Außerdem ist auch eine Abweichung der Ausbreitungsrichtung der Dislokation von der Ziehrichtung (axialen Richtung) des Silicium-Einkristalls durch Änderung der Ziehgeschwindigkeit vorteilhaft, um die Dislokation zu entfernen.In addition, deviation of the propagation direction of the dislocation from the pulling direction (axial direction) of the silicon single crystal by changing the pulling speed is also advantageous for removing the dislocation.
Im Schritt des Entfernens einer axialen Dislokation kann bewirkt werden, dass der Abschnitt, in dem die Tangentenebene der Feststoff-Flüssigkeit-Grenzfläche zwischen der Siliciumschmelze und dem Silicium-Einkristall parallel zur Oberfläche der Schmelze ist, von der Mittelposition wegfluktuiert, um die Ausbreitungsrichtung der axialen Dislokation von der Kristallwachstumsrichtung wegzubewegen. Sowohl die Feststoff-Flüssigkeit-Grenzfläche K1, die in nach unten gerichteter konvexer Form ausgebildet ist, die in
Der Vorgang des Bewirkens, dass der Abschnitt, in welchem die Tangentenebene der Feststoff-Flüssigkeit-Grenzfläche zwischen der Siliciumschmelze und dem Silicium-Einkristall parallel zur Oberfläche der Schmelze ist, von der Mittelposition fluktuiert, umfasst: einen Vorgang des Bildens der Feststoff-Flüssigkeit-Grenzfläche K3 zwischen der Siliciumschmelze
Die Kontrolle der Abweichung der Form der Feststoff-Flüssigkeit-Grenzfläche K3, die in
Die Fluktuation wird ab dem Zustand, in dem die Konvexionsverteilung der Siliciumschmelze achsensymmetrisch zu der Mittelachse des Kristalls ist, erzeugt, indem die Rotation des Kristalls bezüglich der Schmelze verringert oder gestoppt wird. Die Symmetrie der Konvexionsverteilung wird gestört und somit wird das Kristallwachstum nicht achsensymmetrisch. Als Resultat wird der Kristall wachsen gelassen, obgleich der Silicium-Einkristall keinen gleichmäßigen Durchmesser hat. Das heißt, in der Feststoff-Flüssigkeit-Grenzfläche wird die Temperaturverteilung, die achsensymmetrisch zu der Mittelachse des Silicium-Einkristalls ist, gestört bzw. gebrochen. Der Abschnitt, in welchem die Richtung der Normallinie der Tangentenebene der Feststoff-Flüssigkeit-Grenzfläche eine vertikale Richtung wird, das heißt die Mittelachsenrichtung des Kristalls kann zu einer Position von der Mitte des Kristalls wegbewegt werden.The fluctuation is generated from the state in which the convex distribution of the silicon melt is axisymmetric to the central axis of the crystal by reducing or stopping the rotation of the crystal with respect to the melt. The symmetry of the convex distribution is disturbed and thus crystal growth does not become axisymmetric. As a result, the crystal is grown although the silicon single crystal does not have a uniform diameter. That is, in the solid-liquid interface, the temperature distribution which is axisymmetric to the central axis of the silicon single crystal is disturbed. The portion in which the direction of the normal line of the tangent plane of the solid-liquid interface becomes a vertical direction, that is, the center axis direction of the crystal can be moved to a position away from the center of the crystal.
Die Fluktuation wird ab dem Zustand verfolgt, in dem die Konvexion in der Siliciumschmelze durch das Magnetfeld reguliert wird, indem die Anwendung des Magnetfeldes während des Ziehens gestoppt wird. Das Wachstum des Kristalls wird zur Mittelachse des Kristalls nicht achsensymmetrisch. Als Resultat wird der Kristall wachsen gelassen, obgleich der Kristall keinen gleichmäßigen Durchmesser hat. Das heißt, in der Feststoff-Flüssigkeit-Grenzfläche wird die Temperaturverteilung, die achsensymmetrisch zu der Mittelachse des Silicium-Einkristalls ist, gestört. Der Abschnitt, in dem die Richtung der Normallinie der Tagentenebene der Feststoff-Flüssigkeit-Grenzfläche eine vertikale Richtung wird, das heißt die Zentralachsenrichtung des Kristalls, kann zu einer Position weg von der Mitte des Kristalls bewegt werden.The fluctuation is followed from the state where the convexion in the silicon melt is regulated by the magnetic field by stopping the application of the magnetic field during the pulling. The growth of the crystal does not become axisymmetric to the central axis of the crystal. As a result, the crystal is grown, though the crystal does not have a uniform diameter. That is, in the solid-liquid interface, the temperature distribution which is axisymmetric to the central axis of the silicon single crystal is disturbed. The portion where the direction of the normal line of the solid-liquid interface tangency plane becomes a vertical direction, that is, the central axis direction of the crystal can be moved to a position away from the center of the crystal.
Bei der Erzeugung der Temperaturverteilung, die nicht achsensymmetrisch zum Kristall ist, wird nur ein unsymmetrischer Teil (ein Teil bzw. Abschnitt der Durchmesserrichtung) des gewachsenen Kristalls erwärmt und gekühlt oder erwärmt oder gekühlt. Spezifisch ausgedrückt, nur ein spezifischer Teil bzw. Abschnitt in der Nachbarschaft der Feststoff-Flüssigkeit-Grenzfläche im Kristall, der gedreht wird, wird mit einem Laserstrahl bestrahlt und in diesem Teil wird ein Erwärmen durchgeführt. Außerdem wird im Ofen zum Ziehen des Silicium-Einkristalls ein Gasstrom in die Nähe der Oberfläche der Siliciumschmelze in Durchmesserrichtung des Kristalls geleitet und es wird nur eine Seite des Kristalls gekühlt. Ein die Temperatur regulierendes Mittel, das einen Teil des Kristalls erwärmt oder abkühlt, kann die folgenden Konfigurationen entwickeln: eine Konfiguration, bei der das die Temperatur regelnde Mittel gedreht wird, und zwar der Rotation des Kristalls folgend; eine Konfiguration, bei der ein An-Aus-Schalten entsprechend der Rotation des Kristalls durchgeführt werden kann, und eine Konfiguration, bei der eine Position mit einem Laserstrahl bestrahlt wird, oder eine Position zum Ausstoßen eines Kühlgases durch Rotation reguliert werden kann. Solche die Temperatur regulierende Mittel können in einer fixierten Position montiert sein.In producing the temperature distribution which is not axisymmetric to the crystal, only an unbalanced portion (a portion of the diameter direction) of the grown crystal is heated and cooled, or heated or cooled. Specifically, only a specific portion in the vicinity of the solid-liquid interface in the crystal that is rotated is irradiated with a laser beam, and heating is performed in this portion. In addition, in the furnace for pulling the silicon single crystal, a gas flow is conducted in the vicinity of the surface of the silicon melt in the diameter direction of the crystal, and only one side of the crystal is cooled. A temperature regulating agent that heats or cools a part of the crystal may develop the following configurations: a configuration in which the temperature controlling agent is rotated following the rotation of the crystal; a configuration in which on-off switching can be performed in accordance with the rotation of the crystal and a configuration in which a position is irradiated with a laser beam or a position for ejecting a cooling gas by rotation can be regulated. Such temperature regulating means may be mounted in a fixed position.
Das die Temperatur regulierende Mittel führt keine thermische Abschirmung von der Siliciumschmelze an einem Teil des Kristalls durch und im Kristall wird eine nicht-achsensymmetrische Temperaturverteilung aufgebaut. Beispielsweise kann eine Kerbe, die synchron mit dem Kristall gedreht wird, in der Nähe des unteren Endes eines Wärmeschildes angeordnet sein, das innerhalb des Ofens zum Ziehen des Silicium-Einkristalls angeordnet ist, welches die Wärme reduziert, die aus der Siliciumschmelze auf den Kristall gestrahlt wird. Spezifischer ausgedrückt, es kann eine Ziehvorrichtung verwendet werden, bei der eine zu öffnende und schließbare Vertiefung am unteren Ende des Wärmeschilds angeordnet ist und ein Drehmittel zum Drehen des Wärmeschilds synchron mit der Drehung des Kristalls angeordnet ist. The temperature regulating agent does not thermally shield the silicon melt at a part of the crystal, and non-axisymmetric temperature distribution is built up in the crystal. For example, a notch rotated in synchronism with the crystal may be disposed near the lower end of a heat shield disposed inside the furnace for pulling the silicon single crystal which reduces the heat radiated from the silicon melt onto the crystal becomes. More specifically, a pulling device in which an opening to be opened and closed can be disposed at the lower end of the heat shield, and a rotating means for rotating the heat shield is arranged in synchronism with the rotation of the crystal.
Um den Zustand der Siliciumschmelze ab dem Zustand, der für das Kristallwachstum achsensymmetrisch zu der Mittelachse des Silicium-Einkristalls geeignet ist, zu ändern, wird in Betracht gezogen, einen Zustand herbeizuführen, bei dem ein Erwärmen des Quarzglastiegels zur Aufnahme der Siliciumschmelze von der Achsensymmetrie abweicht. Beispielsweise kann eine Position, die erwärmt wird, entsprechend dem Tiegel, der gedreht wird, gedreht werden.In order to change the state of the silicon melt from the state that is suitable for crystal growth axially symmetric to the central axis of the silicon single crystal, it is considered to bring about a state where heating of the quartz glass crucible for receiving the silicon melt deviates from the axial symmetry , For example, a position that is heated may be rotated in accordance with the crucible being rotated.
Außerdem wird bewirkt, dass der Zustand eines Teils des Quarzglastiegels, zum Beispiel etwa 1/4 der Innenwand in Umfangsrichtung, von den anderen Teilen verschieden ist und somit kann das Auftreten eines Pulsierens, von dem angenommen wird, dass es ein Grund für eine Vibration des Schmelzelevels (Flüssigkeitslevels) der Siliciumschmelze ist, höher gemacht werden. Spezifisch kann in der Innenwand, die im Bereich von 10 cm ab dem oberen Ende des Tiegels und im Bereich von einem Viertel in Umfangsrichtung der Blasengehalt in der Tiefe (Dickeposition) von 0,5 mm bis 1 mm ab der Oberfläche um etwa 30% (25 bis 35%) höher sein als der Blasengehalt der Oberfläche der inneren Wand in den anderen Bereichen.In addition, the state of a part of the quartz glass crucible, for example, about 1/4 of the inner wall in the circumferential direction, is caused to be different from the other parts, and thus the occurrence of pulsation, which is considered to be a cause of vibration of the Melting levels (liquid levels) of the silicon melt is made higher. Specifically, in the inner wall, in the range of 10 cm from the upper end of the crucible and in the area of one quarter in the circumferential direction, the bubble content in the depth (thickness position) of 0.5 mm to 1 mm from the surface can be increased by about 30% (FIG. 25 to 35%) higher than the bubble content of the inner wall surface in the other areas.
Zusätzlich zu dem Obigen ist es möglich, eines der Verfahren zum Verändern der Form (des Zustands) der Feststoff-Flüssigkeit-Grenzfläche von der Achsensymmetrie durch Ändern von Parametern wie zum Beispiel Ziehgeschwindigkeit, Stärke eines angelegten Magnetfelds, Drehgeschwindigkeit des Tiegels, Drehgeschwindigkeit des Kristalls, Erwärmungszustand des Kristalls und der Siliciumschmelze, anzupassen.In addition to the above, it is possible to adopt one of the methods for changing the shape of solid-liquid interface from axis symmetry by changing parameters such as pulling rate, applied magnetic field strength, crucible rotation speed, crystal rotation speed, Heating state of the crystal and the silicon melt to adjust.
Im Schritt des Entfernens einer axialen Dislokation kann die Fluktuation des Zustandes der Feststoff-Flüssigkeit-Grenzfläche zwischen der Siliciumschmelze und dem Silicium-Einkristall erhöht werden, um dadurch die Ausdehnungsrichtung der axialen Dislokation von der Kristallwachstumsrichtung weg zu bewegen. Wie oben erwähnt wurde, wirkt die Fluktuation der Feststoff-Flüssigkeit-Grenzfläche so, dass die Wachstumsrichtung der Dislokation von der Wachstumsrichtung des Kristalls durch verschiedene Mittel weggelenkt wird. Die Dislokationen werden entfernt oder miteinander annihiliert, indem sie zur Außenseite des Kristalls entweichen, wodurch es möglich ist, zu verhindern, dass die axiale Dislokation gebildet wird.In the step of removing an axial dislocation, the fluctuation of the state of the solid-liquid interface between the silicon melt and the silicon single crystal may be increased to thereby move the direction of expansion of the axial dislocation away from the crystal growth direction. As mentioned above, the fluctuation of the solid-liquid interface works so that the growth direction of the dislocation is directed away from the growth direction of the crystal by various means. The dislocations are removed or annihilated with each other by escaping to the outside of the crystal, whereby it is possible to prevent the axial dislocation from being formed.
Im Schritt des Entfernens einer axialen Dislokation kann die Drehung des Silicium-Einkristalls bezüglich der Siliciumschmelze verringert werden, um dadurch die Fluktuation im Zustand der Feststoff-Flüssigkeit-Grenzfläche zu erhöhen.In the step of removing an axial dislocation, the rotation of the silicon single crystal with respect to the silicon melt can be reduced to thereby increase the fluctuation in the solid-liquid interface state.
Im Schritt des Entfernens einer axialen Dislokation kann die Stärke eines Magnetfeldes, das auf die Siliciumschmelze angewendet wird, reduziert werden, um dadurch die Fluktuation im Zustand der Feststoff-Flüssigkeit-Grenzfläche zu erhöhen.In the step of removing an axial dislocation, the strength of a magnetic field applied to the silicon melt can be reduced to thereby increase the fluctuation in the solid-liquid interface state.
Im Schritt des Entfernens einer axialen Dislokation kann die Fluktuation im Zustand der Feststoff-Flüssigkeit-Grenzfläche durch Schmelzelevelvibration, erzeugt auf dem Quarzglastiegel zur Aufnahme der Siliciumschmelze, erhöht werden.In the step of removing an axial dislocation, the fluctuation in the solid-liquid interface state can be increased by melt level vibration generated on the quartz glass crucible for accommodating the silicon melt.
Im Schritt des Entfernens einer axialen Dislokation kann der Silicium-Einkristall bezüglich der Wachstumsachse asymmetrisch erwärmt werden, um dadurch die Fluktuation im Zustand der Feststoff-Flüssigkeit-Grenzfläche zu erhöhen.In the step of removing an axial dislocation, the silicon single crystal may be asymmetrically heated with respect to the growth axis to thereby increase the fluctuation in the solid-liquid interface state.
Im Schritt des Entfernens einer axialen Dislokation wird die Temperaturverteilung so gestaltet sein, dass die Feststoff-Flüssigkeit-Grenzfläche zwischen der Siliciumschmelze und dem Silicium-Einkristall bezüglich der Wachstumsachse asymmetrisch ist, um die Ausbreitungsrichtung der axialen Dislokation von der Kristallwachstumsrichtung weg zu bewegen.In the step of removing an axial dislocation, the temperature distribution will be such that the solid-liquid interface between the silicon melt and the silicon single crystal is asymmetric with respect to the growth axis to move the propagation direction of the axial dislocation away from the crystal growth direction.
Im Schritt des Entfernens einer axialen Dislokation wird der Silicium-Einkristall bezüglich der Wachstumsachse asymmetrisch erwärmt, um dadurch die Feststoff-Flüssigkeit-Grenzfläche bezüglich der Wachstumsachse asymmetrisch einzustellen.In the step of removing an axial dislocation, the silicon single crystal is asymmetrically heated with respect to the growth axis to thereby asymmetrically adjust the solid-liquid interface with respect to the growth axis.
Vorliegend wird auch ein nicht erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines Silicium-Einkristalls offenbart, bei dem im Schritt des Entfernens einer axialen Dislokation ein Dislokationsentfernungsabschnitt, der die Dislokation, die im Schritt des Eintauchens erzeugt wurde, durch Ausbreitung in Richtung nach außen oder durch Annihilation in Schlaufenform entfernt, entsprechend dem Ziehen des Kristalls gebildet wird, wobei das Verfahren umfasst: einen Durchmesservergrößerungsschritt, bei dem ein Schulterabschnitt unter Erhöhung des Durchmessers bis zum notwendigen Durchmesser des geraden Körperabschnitts nach dem Schritt des Entfernens einer axialen Dislokation gezogen wird; einen Dislokationsverhaltensinformationserfassungsschritt, bei dem Informationen über Dislokationsverhalten, welches ein dreidimensionales Verhalten der Dislokation ist, innerhalb des Dislokationsentfernungsabschnitts durch Bestrahlen des Dislokationsentfernungsabschnitts mit Strahlung hoher Energie detektiert werden; einen Schritt der Bestimmung, dass dislokationsfrei, bei dem auf der Basis der Dislokationsverhaltensinformationen bestimmt wird, dass die Dislokation entfernt ist, und einen Schritt des Einstellens der Ziehbedingungen, bei dem die Bedingungen zum dislokationsfreien Durchführen des Ziehens auf der Basis der Bestimmung, dass dislokationsfrei ist, im Schritt des Bestimmens, dass dislokationsfrei ist, bestimmt werden. Also disclosed herein is a non-inventive method of producing a silicon single crystal in which, in the step of removing an axial dislocation, a dislocation removal portion which generates the dislocation generated in the step of immersion by propagating outward or by annihilation in loop form removed, formed according to the pulling of the crystal, the method comprising: a diameter enlarging step of pulling a shoulder portion increasing in diameter to the necessary diameter of the straight body portion after the step of removing an axial dislocation; a dislocation behavior information acquiring step in which information on dislocation behavior, which is a three-dimensional behavior of the dislocation, is detected within the dislocation removal section by irradiating the dislocation removal section with high-energy radiation; a step of determining that dislocation-free determining that the dislocation is removed based on the dislocation behavior information and a step of setting the pulling conditions where the conditions for dislocation-free performing the drag based on the determination are dislocation-free , in the step of determining that is dislocation free, to be determined.
Dadurch ist es möglich, das Verhalten der Dislokation zu klären, für die das Verhalten im Stand der Technik nicht geklärt war. Außerdem ist es möglich, die Dislokation durch Entweichen zur Außenseite mit dem Wachstum des Dislokationsentfernungsabschnitts (dislokationsfreier Abschnitt) zu annihilieren. Alternativ wird die Dislokation in einer Schlaufenform annihiliert und zu einem dislokationsfreien Zustand gemacht, und dann können die Ziehbedingungen zur Vergrößerung des Durchmessers des Silicium-Einkristalls in einfacher Weise entwickelt werden.This makes it possible to clarify the behavior of the dislocation for which the behavior in the prior art was not clarified. In addition, it is possible to annihilate the dislocation by escaping to the outside with the growth of the dislocation removal portion (dislocation-free portion). Alternatively, the dislocation is annihilated in a loop shape and made a dislocation-free state, and then the drawing conditions for increasing the diameter of the silicon single crystal can be easily developed.
Zu dieser Zeit wird im Schritt der Bestimmung, dass dislokationsfrei, der Dislokationszustand aus den erfassten Informationen bestimmt. Aus diesem Grund ist es möglich, das Verhalten der Dislokation innerhalb des Dislokationsentfernungsabschnitts (dislokationsfreier Abschnitt) genau zu ermitteln. Dadurch ist es möglich, die Dislokationsentfernung durch Erzeugung einer Schlaufe effektiv zu verwenden, was im Stand der Technik unbekannt ist. Aus diesem Grund ist es im Stand der Technik notwendig, den Durchmesser des dislokationsfreien Abschnitts, der als Neck-Abschnitt bezeichnet wird, stärker als notwendig zu verringern. Selbst wenn das Gewicht des Kristalls, der aus der Siliciumschmelze gezogen wird, ansteigt, kann dadurch die Last durch den dislokationsfreien Abschnitt getragen werden. Demnach ist es möglich, aus der Siliciumschmelze einen Silicium-Einkristall zu ziehen, der einen größeren Durchmesser hat, als je zuvor. Außerdem wurden im Stand der Technik ein langer Zeitraum als Produktionszeitraum und eine Erhöhung der Zahl der Arbeitsschritte verursacht, indem unnötige Verfahrensschritte bezüglich des Schritts des Eintauchens und dergleichen durchgeführt wurden. Nach dem oben beschriebenen Verfahren ist es allerdings möglich, einen Silicium-Einkristall mit großem Gewicht zu ziehen, der einen Durchmesser von etwa 450 mm hat, der keine axiale Dislokation hat und in einem dislokationsfreien Zustand ist, ohne dass eine lange Zeit als Produktionszeit und eine Erhöhung in der Zahl der Arbeitsschritte verursacht werden.At this time, in the step of determining that dislocation-free, the dislocation state is determined from the acquired information. For this reason, it is possible to accurately determine the behavior of the dislocation within the dislocation removal section (dislocation-free section). Thereby, it is possible to effectively use the dislocation removal by creating a loop, which is unknown in the prior art. For this reason, it is necessary in the prior art to reduce the diameter of the dislocation-free portion, which is called a neck portion, more than necessary. Even if the weight of the crystal pulled out of the silicon melt increases, the load can thereby be carried by the dislocation-free section. Accordingly, it is possible to draw out of the silicon melt a silicon single crystal having a larger diameter than ever before. In addition, in the prior art, a long period of time as a production period and an increase in the number of operations have been caused by performing unnecessary process steps with respect to the step of immersion and the like. However, according to the above-described method, it is possible to pull a large weight silicon single crystal having a diameter of about 450 mm, which has no axial dislocation and is in a dislocation-free state without a long time as a production time and a long time Increase in the number of steps to be caused.
Vorliegend wird darüber hinaus ein nicht erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines Silicium-Einkristalls offenbart, wobei in dem Schritt des Entfernens einer axialen Dislokation ein Dislokationsentfernungsabschnitt, der die im Schritt des Eintauchens erzeugte Dislokation durch Ausdehnung in Richtung nach außen oder durch Annihilation in einer Schlaufenform entfernt, entsprechend dem Ziehen des Kristalls gebildet wird, wobei das Verfahren umfasst: einen Durchmesservergrößerungsschritt, bei dem ein Schulterabschnitt unter Vergrößerung des Durchmessers bis zum notwendigen Durchmesser des geraden Körperabschnitts nach dem Schritt des Entfernens einer axialen Dislokation gezogen wird; einen Dislokationsverhaltensinformationserfassungsschritt, bei dem Informationen über das Dislokationsverhalten, welches ein dreidimensionales Verhalten der Dislokation ist, in dem Dislokationsentfernungsabschnitt durch Bestrahlen des Dislokationsentfernungsabschnitts mit Strahlung hoher Energie detektiert werden, und einen Schritt der Bestimmung, dass dislokationsfrei, bei dem auf der Basis der Dislokationsverhaltensinformationen bestimmt wird, dass die Dislokation entfernt ist. Der Durchmesservergrößerungsschritt wird auf der Basis der Bestimmung, dass dislokationsfrei ist, im Schritt der Bestimmung, dass dislokationsfrei ist, begonnen.In the present invention, moreover, there is disclosed a method of manufacturing a silicon single crystal not according to the present invention, wherein in the step of removing an axial dislocation, a dislocation removing portion which removes the dislocation generated in the step of immersion by expanding in the outward direction or by annihilation in a loop shape, is formed in accordance with the pulling of the crystal, the method comprising: a diameter enlarging step of pulling a shoulder portion enlarging the diameter to the necessary diameter of the straight body portion after the step of removing an axial dislocation; a dislocation behavior information acquisition step in which information on the dislocation behavior, which is a three-dimensional behavior of dislocation, is detected in the dislocation removal section by irradiating the dislocation removal section with high-energy radiation, and a determination of dislocation-free determination based on the dislocation behavior information that the dislocation is removed. The diameter increasing step is started on the basis of the determination that is dislocation-free in the step of determining that dislocation-free.
Dadurch ist es möglich, das Verhalten der Dislokation, die zur Zeit des Ziehens erzeugt wird, in Echtzeit durch eine nicht-destruktive Prüfung zu betrachten, was im Stand der Technik unmöglich durchzuführen ist. Aus diesem Grund ist es, nachdem bestätigt wurde, dass die Dislokation im Dislokationsentfernungsabschnitt (dislokationsfreier Abschnitt) entfernt ist (ein dislokationsfreier Zustand vorliegt), möglich, den Schulterabschnitt (Durchmesservergrößerungsabschnitt) und den geraden Körperabschnitt zu ziehen. Daher wird die Dislokation entfernt, wodurch es möglich ist, den dislokationsfreien Kristall, der keine axiale Dislokation hat, sicher und einfach zu ziehen.Thereby, it is possible to observe the behavior of the dislocation generated at the time of pulling in real time by a nondestructive inspection, which is impossible to perform in the prior art. For this reason, after confirming that the dislocation in the dislocation-removing portion is removed (dislocation-free state), it is possible to pull the shoulder portion (diameter-enlarging portion) and the straight body portion. Therefore, the dislocation is removed, whereby it is possible to safely and easily pull the dislocation-free crystal having no axial dislocation.
In dem oben beschriebenen Verfahren zum Herstellen eines Silicium-Einkristalls liegt die oben genannte Strahlung hoher Energie im Energiebereich von 40 keV bis 70 kEV. In the above-described method for producing a silicon single crystal, the above-mentioned high-energy radiation is in the energy range of 40 keV to 70 kEV.
Es ist möglich, in genügender Weise Zustandsinformationen über die Dislokation, die für das Wachstum des dislokationsfreien Kristalls notwendig sind, durch Strahlung hoher Energie, die solche Energie hat, zu erfassen.It is possible to sufficiently detect state information about the dislocation necessary for growth of the dislocation-free crystal by high-energy radiation having such energy.
Außerdem kann der Dislokationsentfernungsabschnitt mit der oben genannten Strahlung hoher Energie im Drehungszustand bzw. Rotationszustand bei einer Drehzahl von 0,1 bis 30 UpM bestrahlt werden.In addition, the dislocation removing portion can be irradiated with the above-mentioned high-energy radiation in the rotational state at a rotational speed of 0.1 to 30 rpm.
Dadurch ist es möglich, dreidimensionale Informationen der Dislokation zu erhalten. Außerdem ist es möglich, Informationen in einer nicht-destruktiven Art zu erhalten.This makes it possible to obtain three-dimensional information of the dislocation. It is also possible to obtain information in a non-destructive way.
Bestrahlung mit Strahlung hoher Energie im Rotationszustand bzw. Drehungszustand umfasst hier: einen Vorgang, bei dem der Dislokationsentfernungsabschnitt (dislokationsfreier Abschnitt) mit der Mittelachse in der Kristallwachstumsrichtung zentriert auf die Rotationsmittelachse rotiert, so dass dieser dislokationsfreie Abschnitt mit Strahlung hoher Energie bestrahlt wird; alternativ einen Vorgang, bei dem eine Bestrahlung mit Strahlung hoher Energie zur Erfassung von Informationen über die Dislokation in einem relativen Bewegungszustand durchgeführt wird, wobei eine Strahlungsquelle für Strahlung hoher Energie und der dislokationsfreie Abschnitt in einem Zustand sind, der mit der oben beschriebenen Rotation vergleichbar ist.Radiation of high-energy radiation in the rotational state includes: a process in which the dislocation-removal portion rotates centered in the crystal growth direction on the rotation center axis, so that this dislocation-free portion is irradiated with high-energy radiation; alternatively, an operation of irradiating high-energy radiation to acquire dislocation information in a relative movement state, wherein a high-energy radiation source and the dislocation-free portion are in a state comparable to the above-described rotation ,
In einem frühen Stadium des Ziehens des Silicium-Einkristalls durch ein CZ-Verfahren werden der Schritt des Eintauchens, der Necking-Schritt und der Schritt der Bildung eines Schulterabschnitts durchgeführt. Im Schritt des Eintauchens wird der Impfkristall gedreht und abgesenkt und der apikale Abschnitt des Impfkristalls wird in die Oberfläche der Siliciumschmelze getaucht. Nachdem der apikale Abschnitt des Impfkristalls in die Siliciumschmelze getaucht ist, wird das Absenken des Impfkristalls gestoppt. Es wird bewirkt, dass die Siliciumschmelze und der Impfkristall ausreichende Affinität füreinander haben.At an early stage of pulling the silicon single crystal by a CZ method, the step of dipping, the necking step and the step of forming a shoulder portion are performed. In the step of immersion, the seed crystal is rotated and lowered, and the apical portion of the seed crystal is dipped in the surface of the silicon melt. After the apical portion of the seed crystal is immersed in the silicon melt, the lowering of the seed crystal is stopped. The silicon melt and the seed crystal are caused to have sufficient affinity for each other.
Wenn der Impfkristall in Kontakt mit der Siliciumschmelze gebracht wird, wird normalerweise ein Meniskus an der Grenzfläche dazwischen infolge der Oberflächenspannung der Siliciumschmelze gebildet. Die Schmelze schwankt unmittelbar nachdem das Kristallrohmaterial geschmolzen ist, jedoch stark in der lokalen Temperatur. Darüber hinaus ist die gesamte Schmelze einer merklich großen Temperaturschwankung unterworfen und erhält einem instabilen Zustand.When the seed crystal is brought into contact with the silicon melt, a meniscus is normally formed at the interface therebetween due to the surface tension of the silicon melt. The melt fluctuates immediately after the crystal raw material has melted, but strongly at the local temperature. In addition, the entire melt undergoes a noticeably large temperature fluctuation and becomes unstable.
Aus diesem Grund wird der Schritt des Eintauchens durchgeführt, nachdem das Kristallausgangsmaterial geschmolzen ist und nachdem eine bestimmte Zeit vergangen ist. Wenn die Temperatur des Flüssigkeitslevels zur Zeit des Inkontakbringens des Impfkristalls mit der Siliciumschmelze übermäßig hoch ist, wird in diesem Fall der apikale Abschnitt des Impfkristalls geschmolzen und von Schmelze abgetrennt. Wenn dagegen die Temperatur des Flüssigkeitslevels der Siliciumschmelze übermäßig niedrig ist, wächst der Kristall um den apikalen Abschnitt des Impfkristalls. Dann hängt der Kristall in der Oberfläche der Schmelze um den Impfkristall über. Wenn in einem solchen Zustand das Verfahren vom Schritt des Eintauchens zum Necking-Schritt übergeht, wird im Neck-Abschnitt eine Dislokation erzeugt.For this reason, the step of dipping is performed after the crystal source material has melted and after a certain time has elapsed. In this case, when the temperature of the liquid level at the time of contacting the seed crystal with the silicon melt is excessively high, the apical portion of the seed crystal is melted and separated from melt. In contrast, when the temperature of the liquid level of the silicon melt is excessively low, the crystal grows around the apical portion of the seed crystal. Then, the crystal in the surface of the melt is suspended around the seed crystal. In such a state, if the process moves from the step of dipping to the necking step, a dislocation is generated in the neck section.
Aus diesem Grund ist es notwendig, die Temperatur der Schmelze zu stabilisieren, wenn das Verfahren vom Schritt des Eintauchens zum Necking-Schritt übergeht. Nachdem bestätigt ist, dass der apikale Abschnitt des Impfkristalls in die Siliciumschmelze eingetaucht ist, bewirkt wurde, dass der Impfkristall und die Siliciumschmelze eine ausreichende Affinität füreinander haben und die Temperatur der Siliciumschmelze stabilisiert wurde, geht dann das Verfahren vom Schritt des Eintauchens zum Necking-Schritt über.For this reason, it is necessary to stabilize the temperature of the melt as the process moves from the step of dipping to the necking step. After confirming that the apical portion of the seed crystal is immersed in the silicon melt, causing the seed crystal and the silicon melt to have sufficient affinity for each other and stabilizing the temperature of the silicon melt, the process proceeds from the dipping step to the necking step above.
Das heißt, der Vorgang, bei dem bewirkt wird, dass der Impfkristall und die Siliciumschmelze Affinität füreinander haben, umfasst Folgendes: einen Vorgang, bei dem die Temperatur der Oberfläche (Flüssigkeitslevel) der Siliciumschmelze bestimmt wird, indem die Form der Grenzfläche zur Zeit des Inkontaktbringens des Impfkrisatall mit der Siliciumschmelze beobachtet wird, und einen Vorgang der Regulierung der elektrischen Leistung der Heizvorrichtung auf der Basis der bestimmten Temperatur des Flüssigkeitslevels, um die Wärmezufuhr zu der Siliciumschmelze einzustellen.That is, the process of causing the seed crystal and the silicon melt to have affinity for each other includes: a process in which the temperature of the surface (liquid level) of the silicon melt is determined by the shape of the interface at the time of contacting the process of controlling the electric power of the heater on the basis of the determined temperature of the liquid level to adjust the heat input to the silicon melt.
Mit anderen Worten, der Vorgang, bei dem bewirkt wird, dass der Impfkristall und die Siliciumschmelze Affinität füreinander haben, umfasst Folgendes: einen Vorgang, bei dem die Leistung der Heizvorrichtung eingestellt wird, um die Tempertur der Schmelzeoberfläche so einzustellen und zu stabilisieren, dass ein Meniskus mit einer vorbestimmten Form um den apikalen Abschnitt des Impfkristalls in dem Zustand geformt wird, in dem die Wachstumsrate des Impfkristalls Null ist. Außerdem wird der Meniskus nicht immer nur gebildet, wenn bewirkt wird, dass der Impfkristall und die Siliciumschmelze Affinität zueinander haben. Der Meniskus wird an der Grenzfläche zwischen dem Kristall und der Schmelze selbst zu der Zeit des Kristallwachstums im Necking-Schritt und dergleichen im Anschluss an den Schritt, in dem bewirkt wird, dass der Impfkristall und Siliciumschmelze Affinität zueinander haben, gebildet.In other words, the process of causing the seed crystal and the silicon melt to have affinity for each other includes: a process in which the power of the heater is adjusted to adjust and stabilize the temperature of the melt surface Meniscus having a predetermined shape is formed around the apical portion of the seed crystal in the state in which the growth rate of the seed crystal is zero. In addition, the meniscus is not always formed only when the seed crystal and the silicon melt are caused to have affinity with each other. The meniscus is formed at the interface between the crystal and the melt itself at the time of crystal growth in the necking step and the like, following the step of causing the seed crystal and silicon melt to have affinity with each other.
Nachdem bewirkt wurde, dass der Impfkristall Affinität für die Schmelze im Schritt des Eintauchens hat, und zwar ungeachtet eines CZ-Verfahrens oder eines MCZ-Verfahrens, und der Neck-Abschnitt mit einer vorbestimmten Länge im Necking-Schritt gebildet wurde, wird bewirkt, dass der gebildete Neck-Abschnitt erneut Affinität für die Schmelze hat und der kontinuierliche Neck-Abschnitt gebildet wird. Dadurch ist es möglich, die Länge des Neck-Abschnitts, die für den dislokationsfreien Zustand zur Entfernung der Dislokation aus dem Neck-Abschnitt notwendig ist, zu verkürzen und die dislokationsfreie Rate zu verbessern.
- (1) Wenn das CZ-Verfahren eingesetzt wird, wird zuerst das Kristallausgangsmaterial in dem Tiegel geschmolzen und dann wird der Impfkrisatall in die Schmelze, die in dem Tiegel enthalten ist, eingetaucht und es wird bewirkt, dass der Impfkristall Affinität für die Schmelze hat. Danach wird der Impfkristall gezogen und der Necking-Schritt, bei dem der Neck-Abschnitt gebildet wird, wird durchgeführt. Als Nächstes werden der Schulter-Abschnitt und Körperabschnitt des Einkristalls gebildet. In einem solchen Verfahren zum Herstellen eines Silicium-Einkristalls wird, nachdem der Neck-Abschnitt mit einer vorbestimmten Länge in dem oben genannten Necking-Schritt gebildet wurde, bewirkt, dass der Neck-Abschnitt Affinität für die Schmelze hat, und dann kann der kontinuierliche Neck-Abschnitt gebildet werden.
- (2) Wenn das MCZ-Verfahren verwendet wird, wird zuerst das Kristallausgangsmaterial in dem Tiegel geschmolzen und dann wird der Impfkristall in die Schmelze, die in dem Tiegel enthalten ist, eingetaucht und es wird bewirkt, dass der Impfkristall Affinität dafür hat. Danach wird der Impfkristall (hoch)gezogen und es wird der Necking-Schritt zum Bilden des Neck-Abschnitts durchgeführt. Als Nächstes werden der Schulterabschnitt und der Körperabschnitt des Einkristalls gebildet. In einem solchen Verfahren zum Herstellen eines Einkristalls wird, nachdem der Neck-Abschnitt mit einer vorbestimmten Länge in dem oben beschriebenen Necking-Schritt gebildet ist, bewirkt, dass der Neck-Abschnitt Affinität für die Schmelze hat, und dann kann der kontinuierliche Neck-Abschnitt gebildet werden.
- (1) When the CZ method is employed, first, the crystal source material in the crucible is melted, and then the seed is immersed in the melt contained in the crucible and the seed crystal is caused to have affinity for the melt. Thereafter, the seed crystal is pulled and the necking step in which the neck portion is formed is performed. Next, the shoulder portion and body portion of the single crystal are formed. In such a method of producing a silicon single crystal, after the neck portion having a predetermined length is formed in the above-mentioned necking step, the neck portion is made to have affinity for the melt, and then the continuous neck Section are formed.
- (2) When the MCZ method is used, first, the crystal source material in the crucible is melted, and then the seed crystal is immersed in the melt contained in the crucible, and the seed crystal is caused to have affinity for the seed crystal. Thereafter, the seed crystal is pulled (high) and the necking step for forming the neck portion is performed. Next, the shoulder portion and the body portion of the single crystal are formed. In such a method of manufacturing a single crystal, after the neck portion having a predetermined length is formed in the above-described necking step, the neck portion is made to have affinity for the melt, and then the continuous neck portion be formed.
Wenn das MCZ-Verfahren angewendet wird, kann das Transversalmagnetfeld, das auf die Schmelze angewendet wird, im Bereich von 0,2 T bis 0,4 T (2000 G bis 4000 G) sein.
- (3) Bei der Herstellung des Silicium-Einkristalls gemäß (1) oder (2) kann die Länge des Neck-Abschnitts, der zuerst im Necking-Schritt gebildet wird, auf 20 mm oder größer eingestellt werden. In dem oben beschriebenen Necking-Schritt kann, nachdem der Neck-Abschnitt auf eine Temperatur, die höher als die Temperatur der Schmelze zur Zeit der Bildung des Neck-Abschnitts ist, erhöht wurde, der Neck-Abschnitt dazu gebracht werden, dass er Affinität für die Schmelze hat. Außerdem wird die Temperatur der Heizvorrichtung zum Schmelzen des Kristallausgangsmaterials in dem Tiegel gemessen und die Temperatur der Heizvorrichtung kann auf der Basis des Resultats der Temperaturmessung reguliert werden, um die Temperatur der Schmelze einzustellen.
- (3) In the production of the silicon single crystal according to (1) or (2), the length of the neck portion, which is first formed in the necking step, can be set to 20 mm or larger. In the necking step described above, after the neck portion is raised to a temperature higher than the temperature of the melt at the time of formation of the neck portion, the neck portion can be made to have affinity for the melt has. In addition, the temperature of the heater for melting the crystal raw material in the crucible is measured, and the temperature of the heater can be regulated on the basis of the result of the temperature measurement to adjust the temperature of the melt.
Die oben beschriebenen Vorgänge, bei denen bewirkt wird, dass der Impfkristall Affinität für die Schmelze (Siliciumschmelze) hat, und bewirkt wird, dass der Neck-Abschnitt Affinität für die Schmelze hat, umfassen einen Vorgang, bei dem die Meniskusform der Kontaktgrenzfläche zur Zeit des Inkontaktbringens des Kristalls mit der Schmelze, zum Beispiel der Überhang der Kristallhabituslinie, beobachtet wird. Das heißt, eingeschlossen sind ein Vorgang, bei dem die Temperatur der Oberfläche der Schmelze bestimmt wird, die Leistung der Heizvorrichtung auf der Basis davon reguliert wird, die Wärmezufuhr zu der Schmelze eingestellt wird und die Temperatur der Oberfläche der Schmelze stabilisiert wird.The processes described above in which the seed crystal is caused to have affinity for the melt (silicon melt) and causes the neck portion to have affinity for the melt include a process in which the meniscus shape of the contact interface at the time of the melt Contacting the crystal with the melt, for example, the overhang of the crystal habit line. That is, it includes an operation in which the temperature of the surface of the melt is determined, the power of the heater based thereon is regulated, the heat input to the melt is adjusted, and the temperature of the surface of the melt is stabilized.
Wenn bewirkt wird, dass der Impfkristall und der Neck-Abschnitt Affinität für die Schmelze haben, wird auf diese Weise die Dislokation leicht entfernt. Wenn bewirkt wird, dass der Impfkristall und der Neck-Abschnitt Affinität für die Schmelze haben, ist es allerdings sogar möglich, den geraden Körperabschnitt, der keine axiale Dislokation hat, in einem beliebigen der Herstellungsverfahren der oben beschriebenen Bedingung in der Erfindung zu produzieren.By causing the seed crystal and the neck portion to have affinity for the melt, the dislocation is easily removed in this way. However, if it is caused that the seed crystal and the neck portion have affinity for the melt, it is even possible to produce the straight body portion having no axial dislocation in any of the production processes of the condition described above in the invention.
Ein Silicium-Einkristall wird durch ein beliebiges der oben beschriebenen Herstellungsverfahren hergestellt.A silicon single crystal is prepared by any of the manufacturing methods described above.
Ein Silicium-Wafer wird aus dem oben beschriebenen Silicium-Einkristall hergestellt.A silicon wafer is made of the silicon single crystal described above.
Vorliegend wird darüber hinaus ein nicht erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines Silicium-Einkristalls offenbart, bei dem der Silicium-Einkristall durch ein CZ-Verfahren gezogen wird, wobei das Verfahren umfasst: einen Schritt des Inkontaktbringens eines Impfkristalls mit einer Siliciumschmelze und Beginnen des Ziehens des Silicium-Einkristalls; einen Dislokationsentfernungsschritt, bei dem ein Dislokationsentfernungsabschnitt gebildet wird, der eine Dislokation, die im Schritt des Eintauchens erzeugt wurde, durch Ausbreitung in Richtung nach außen oder durch Annihilation in einer Schlaufenform entsprechend dem Ziehen des Kristalls entfernt; einen Durchmesservergrößerungsschritt, bei dem ein Schulterabschnitt unter Vergrößerung des Durchmessers bis zu dem notwendigen Durchmesser gezogen wird; einen Schritt des Bildens eines geraden Körpers, bei dem ein gerader Körperabschnitt gezogen wird; einen Dislokationsverhaltensinformationserfassungsschritt, bei dem Informationen über das Dislokationsverhalten, welches ein dreidimensionales Verhalten der Dislokation ist, im Dislokationsentfernungsabschnitt durch Bestrahlen des Dislokationsentfernungsabschnitts mit Strahlung hoher Energie detektiert werden; einen Schritt zum Bestimmen, dass dislokationsfrei, bei dem auf der Basis der Dislokationsverhaltensinformationen bestimmt wird, dass dislokationsfrei, und einen Schritt des Einstellens der Ziehbedingungen, bei dem die Ziehbedingungen zur dislokationsfreien Durchführung auf der Basis der Bestimmung, dass dislokationsfrei, im Schritt der Bestimmung, dass dislokationsfrei, bestimmt werden. Dadurch werden die oben beschriebenen Probleme gelöst. In the present invention, moreover, there is disclosed a non-inventive method for producing a silicon single crystal in which the silicon single crystal is grown by a CZ method, the method comprising: a step of contacting a seed crystal with a silicon melt and starting to draw the silicon single crystal; a dislocation removing step in which a dislocation removing portion is formed which removes a dislocation generated in the step of immersion by propagating outward or by annihilation in a loop shape in accordance with the pulling of the crystal; a diameter enlarging step in which a shoulder portion is drawn by increasing the diameter to the necessary diameter; a step of forming a straight body in which a straight body portion is pulled; a dislocation behavior information acquiring step in which information on the dislocation behavior, which is a three-dimensional behavior of the dislocation, is detected in the dislocation removing section by irradiating the dislocation removing section with high-energy radiation; a step of determining that dislocation-free based on the dislocation behavior information is determined to be dislocation-free, and a step of setting the pulling conditions in which the dislocation-free performing conditions are determined on the basis of the determination that dislocation-free in the step of determining that dislocation free, be determined. This solves the problems described above.
Vorliegend wird darüber hinaus ein nicht erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines Silicium-Einkristalls offenbart, bei dem der Silicium-Einkristall durch ein CZ-Verfahren gezogen wird, wobei das Verfahren umfasst: einen Schritt des Eintauchens, bei dem ein Impfkristall mit einer Siliciumschmelze in Kontakt gebracht wird und ein Ziehen des Silicium-Einkristalls begonnen wird; einen Dislokationsentfernungsschritt, bei dem ein Dislokationsentfernungsabschnitt gebildet wird, der eine Dislokation, die im Schritt des Eintauchens erzeugt wurde, durch Ausbreitung in Richtung nach außen oder durch Annihilation in einer Schlaufenform entsprechend dem Ziehen des Kristalls entfernt; einen Durchmesservergrößerungsschritt, bei dem ein Schulterabschnitt unter Vergrößerung des Durchmessers bis zu dem notwendigen Durchmesser gezogen wird; einen Schritt des Bildens eines geraden Körpers, bei dem ein gerader Körperabschnitt gezogen wird; einen Dislokationsverhaltensinformationserfassungsschritt, bei dem Informationen über das Dislokationsverhalten, welches ein dreidimensionales Verhalten der Dislokation ist, im Dislokationsentfernungsabschnitt durch Bestrahlen des Dislokationsentfernungsabschnitts mit Strahlung hoher Energie detektiert werden und einen Schritt der Bestimmung, dass dislokationsfrei, bei dem auf der Basis der Dislokationsverhaltensinformationen bestimmt wird, dass die Dislokation entfernt ist.In the present invention, moreover, there is disclosed a non-inventive method for producing a silicon single crystal in which the silicon single crystal is grown by a CZ method, the method comprising: a dipping step in which a seed crystal is brought into contact with a silicon melt and pulling of the silicon single crystal is started; a dislocation removing step in which a dislocation removing portion is formed which removes a dislocation generated in the step of immersion by propagating outward or by annihilation in a loop shape in accordance with the pulling of the crystal; a diameter enlarging step in which a shoulder portion is drawn by increasing the diameter to the necessary diameter; a step of forming a straight body in which a straight body portion is pulled; a dislocation behavior information acquiring step in which information about the dislocation behavior, which is a three-dimensional behavior of the dislocation, is detected in the dislocation removal section by irradiating the dislocation removal section with high energy radiation, and a dislocation free determination step is determined based on the dislocation behavior information the dislocation is removed.
Der Durchmesservergrößerungsschritt kann auf der Basis der Bestimmung, dass dislokationsfrei, im Schritt der Bestimmung, dass dislokationsfrei, begonnen werden.The diameter enlargement step may be started based on the determination that dislocation-free in the step of determining that dislocation-free.
Im oben beschriebenen Verfahren zum Herstellen eines Silicium-Einkristalls ist die Strahlung hoher Energie im Energiebereich von 40 keV bis 70 keV, und der Dislokationsentfernungsabschnitt kann mit Strahlung hoher Energie im Rotationszustand bei einer Umdrehungszahl von 0,1 bis 30 UpM bestrahlt werden.In the above-described method for producing a silicon single crystal, the high-energy radiation is in the energy range of 40 keV to 70 keV, and the dislocation-removing portion can be irradiated with high-energy radiation in the rotating state at a rotation number of 0.1 to 30 rpm.
Vorliegend wird auch ein nicht erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines Silicium-Einkristalls offenbart, bei dem der Silicium-Einkristall durch ein CZ-Verfahren gezogen wird, und welches umfasst: einen Schritt des Eintauchens, bei dem ein Impfkristall mit einer Siliciumschmelze in Kontakt gebracht wird und ein Ziehen des Silicium-Einkristalls begonnen wird; einen Dislokationsentfernungsschritt, bei dem ein Dislokationsentfernungsabschnitt, der eine im Schritt des Eintauchens erzeugte Dislokation durch Ausbreitung in Richtung nach außen oder durch Annihilation in einer Schlaufenform entfernt, entsprechend dem Ziehen des Kristalls gebildet wird; einen Durchmesservergrößerungsschritt, bei dem ein Schulterabschnitt unter Vergrößerung des Durchmessers bis zum notwendigen Durchmesser gezogen wird; einen Schritt des Bildens eines geraden Körpers, bei dem ein gerader Körperabschnitt gezogen wird; einen Dislokationsverhaltensinformationserfassungsschritt, bei dem Informationen über das Dislokationsverhalten, welches ein dreidimensionales Verhalten der Dislokation ist, im Dislokationsentfernungsabschnitt durch Bestrahlen des Dislokationsentfernungsabschnitts mit Strahlung hoher Energie detektiert werden, einen Schritt der Bestimmung, dass dislokationsfrei, bei dem auf der Basis der Dislokationsverhaltensinformationen bestimmt wird, dass die Dislokation entfernt ist, und einen Schritt des Einstellens der Ziehbedingungen auf der Basis der Bestimmung, dass dislokationsfrei, im Schritt der Bestimmung, dass dislokationsfrei, zur dislokationsfreien Durchführung.In the present invention, there is also disclosed a non-inventive method for producing a silicon single crystal in which the silicon single crystal is grown by a CZ method, and which comprises: a dipping step in which a seed crystal is brought into contact with a silicon melt; a pulling of the silicon single crystal is started; a dislocation removing step in which a dislocation removing portion that removes a dislocation generated in the step of immersion by propagating outward or by annihilation in a loop shape is formed in accordance with the pulling of the crystal; a diameter enlarging step in which a shoulder portion is drawn by increasing the diameter to the necessary diameter; a step of forming a straight body in which a straight body portion is pulled; a dislocation behavior information acquiring step in which information on the dislocation behavior, which is a three-dimensional behavior of dislocation, is detected in the dislocation removal section by irradiating the dislocation removal section with high energy radiation, a step of determining that dislocation free based on the dislocation behavior information is determined the dislocation is removed, and a step of setting the pulling conditions based on the determination that dislocation-free, in the step of determining that dislocation-free, for dislocation-free performance.
Dadurch ist es möglich, das Verhalten der Dislokation zu klären, für das das Verhalten im Stand der Technik nicht geklärt wird. Außerdem ist es möglich, die Dislokation durch Entweichen zur Außenseite mit dem Wachstum des Dislokationsentfernungsabschnitts (dislokationsfreier Abschnitt) zu annhilieren oder die Dislokation in einer Schlaufenform zu annihilieren. Dadurch ist es möglich, den dislokationsfreien Abschnitt zu einem dislokationsfreien Zustand zu bringen, der keine axiale Dislokation hat. Der dislokationsfreie Abschnitt wird in einen dislokationsfreien Zustand gebracht und dann können die Ziehbedingungen zur Zeit der Vergrößerung des Durchmessers des Silicium-Einkristalls in einfacher Weise entwickelt werden.This makes it possible to clarify the behavior of the dislocation for which the behavior in the prior art is not clarified. In addition, it is possible to annihilate the dislocation by escaping to the outside with the growth of the dislocation-removing portion (dislocation-free portion) or to annihilate the dislocation in a loop shape. This makes it possible to bring the dislocation-free section to a dislocation-free state which has no axial dislocation. The dislocation-free section is brought into a dislocation-free state and then the drawing conditions at the time of increasing the diameter of the silicon single crystal can be easily developed.
Im Schritt der Bestimmung, dass dislokationsfrei, wird der Dislokationszustand aus den Informationen, die im vorherigen Schritt erhalten wurden, bestimmt. Aus diesem Grund ist es möglich, das Verhalten der Dislokation im Dislokationsentfernungsabschnitt (dislokationsfreien Abschnitt) genau zu ermitteln. Demnach ist es möglich, die Dislokationsentfernung durch die Bildung einer Schlaufe effektiv zu verwenden, was im Stand der Technik unbekannt ist. Da der Durchmesser des Silicium-Einkristalls verringert ist, wird es möglich, den Durchmesser des dislokationsfreien Abschnitts, der Neck-Abschnitt genannt wird, zu vergrößern, was vorher niemals bekannt war. Selbst wenn das Gewicht des Kristalls, der aus der Siliciumschmelze gezogen wird, sich erhöht, ist es daher möglich, dass der Silicium-Einkristall durch den dislokationsfreien Abschnitt getragen wird, und es ist möglich, einen Silicium-Einkristall mit großem Durchmesser zu ziehen. Daher ist es möglich, unnötige Arbeitsschritte bezüglich des Schrittes des Eintauchens und dergleichen, die einen langen Produktionszeitraum und eine Erhöhung bei der Zahl der Arbeitsschritte bewirken, wegzulassen. Es ist möglich, einen Silicium-Einkristall mit großem Gewicht, der Durchmesser von etwa 450 mm hat, in einem dislokationsfreien Zustand, der keine axiale Dislokation hat, zu ziehen.In the step of determining that dislocation-free, the dislocation state is determined from the information obtained in the previous step. For this reason, it is possible to accurately determine the behavior of the dislocation in the dislocation removal section (dislocation-free section). Thus, it is possible to effectively use the dislocation removal by the formation of a loop, which is unknown in the prior art. Since the diameter of the silicon single crystal is reduced, it becomes possible to increase the diameter of the dislocation-free portion called the neck portion, which has never been known before. Therefore, even if the weight of the crystal pulled out of the silicon melt increases, it is possible for the silicon single crystal to be carried by the dislocation-free portion, and it is possible to draw a large-diameter silicon single crystal. Therefore, it is possible to omit unnecessary operations concerning the step of immersion and the like, which cause a long production period and an increase in the number of operations. It is possible to pull a heavy-weight silicon single crystal having a diameter of about 450 mm in a dislocation-free state having no axial dislocation.
Vorliegend wird auch ein nicht erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines Silicium-Einkristalls offenbart, bei dem der Silicium-Einkristall durch ein CZ-Verfahren gezogen wird, und welches umfasst: einen Schritt des Eintauchens, bei dem ein Impfkristall mit einer Siliciumschmelze in Kontakt gebracht wird und das Ziehen des Silicium-Einkristalls begonnen wird; einen Dislokationsentfernungsschritt, bei dem ein Dislokationsentfernungsabschnitt, der eine im Schritt des Eintauchens erzeugte Dislokation durch Ausbreitung in Richtung nach außen oder durch Annihilation in einer Schlaufenform entfernt, entsprechend dem Ziehen des Kristalls gebildet wird; einen Durchmesservergrößerungsschritt, bei dem ein Schulterabschnitt unter Vergrößerung des Durchmessers bis zum notwendigen Durchmesser gezogen wird; einen Schritt des Bildens eines geraden Körpers, bei dem ein gerader Körperabschnitt gezogen wird; einen Dislokationsverhaltensinformationserfassungsschritt, bei dem Informationen über das Dislokationsverhalten, welches ein dreidimensionales Verhalten der Dislokation ist, im Dislokationsentfernungsabschnitt durch Bestrahlen des Dislokationsentfernungsabschnitts mit Strahlung hoher Energie detektiert werden, und einen Schritt der Bestimmung, dass dislokationsfrei, bei dem auf der Basis der Dislokationsverhaltensinformationen bestimmt wird, dass die Dislokation entfernt ist. Der Durchmesservergrößerungsschritt wird auf der Basis der Bestimmung, dass dislokationsfrei, im Schritt der Bestimmung, dass dislokationsfrei, begonnen.In the present invention, there is also disclosed a non-inventive method for producing a silicon single crystal in which the silicon single crystal is grown by a CZ method, and which comprises: a dipping step in which a seed crystal is brought into contact with a silicon melt; the pulling of the silicon single crystal is started; a dislocation removing step in which a dislocation removing portion that removes a dislocation generated in the step of immersion by propagating outward or by annihilation in a loop shape is formed in accordance with the pulling of the crystal; a diameter enlarging step in which a shoulder portion is drawn by increasing the diameter to the necessary diameter; a step of forming a straight body in which a straight body portion is pulled; a dislocation behavior information acquiring step in which information on the dislocation behavior, which is a three-dimensional behavior of dislocation, is detected in the dislocation removal section by irradiating the dislocation removal section with high-energy radiation, and a dislocation-free determination step is determined based on the dislocation behavior information; that the dislocation is removed. The diameter enlargement step is started on the basis of the determination that is dislocation-free in the step of determining that dislocation-free.
Dadurch ist es möglich, das Verhalten der Dislokation, die zur Zeit des Ziehens erzeugt wird, in Echtzeit durch eine nicht-zerstörerische Prüfung zu beobachten, was im Stand der Technik unmöglich durchzuführen war. Nachdem bestätigt ist, dass die Dislokation des Dislokationsentfernungsabschnitts (dislokationsfreien Abschnitt) entfernt ist und dieser in einen dislokationsfreien Zustand gebracht ist, kann daher der Silicium-Einkristall gezogen werden, wodurch der Schulterabschnitt (Durchmesservergrößerungsabschnitt) und der gerade Körperabschnitt gebildet werden können. Aus diesem Grund ist es möglich, den dislokationsfreien Kristall, der keine axiale Dislokation im Schulterabschnitt und im geraden Körperabschnitt hat, sicher und einfach zu ziehen.Thereby, it is possible to observe the behavior of the dislocation generated at the time of drawing in real time by a non-destructive inspection, which was impossible to accomplish in the prior art. Therefore, after confirming that the dislocation of the dislocation-removing portion is removed and brought into a dislocation-free state, the silicon single crystal can be pulled, whereby the shoulder portion (diameter enlargement portion) and the straight body portion can be formed. For this reason, it is possible to safely and easily pull the dislocation-free crystal which has no axial dislocation in the shoulder portion and the straight body portion.
In dem oben beschriebenen Verfahren zum Herstellen eines Silicium-Einkristalls kann die Strahlung hoher Energie im Energiebereich von 40 keV bis 70 keV liegen.In the above-described method for producing a silicon single crystal, the high-energy radiation may be in the energy range of 40 keV to 70 keV.
Dadurch hat die Strahlung hoher Energie ausreichende Energie, um Informationen über den Dislokationszustand zu liefern, die für das Wachstum des dislokationsfreien Kristalls notwendig sind.As a result, the high energy radiation has sufficient energy to provide information about the dislocation state necessary for the growth of the dislocation-free crystal.
Der Dislokationsentfernungsabschnitt kann außerdem im Rotationszustand bei einer Umdrehungszahl von 0,1 bis 30 UpM mit der oben genannten Strahlung hoher Energie bestrahlt werden.The dislocation removal section may also be irradiated with the above-mentioned high-energy radiation in a rotation state at a revolution number of 0.1 to 30 rpm.
Dadurch ist es möglich, dreidimensionale Informationen der Dislokation zu erhalten. Ferner ist es möglich, dreidimensionale Informationen über Dislokation in einer nicht-destruktiven Art zu erhalten.This makes it possible to obtain three-dimensional information of the dislocation. Further, it is possible to obtain three-dimensional information about dislocation in a non-destructive manner.
Hier umfasst Bestrahlung mit Strahlung hoher Energie im Rotationszustand bzw. Drehungszustand: einen Vorgang, bei dem der Dislokationsentfernungsabschnitt (dislokationsfreier Abschnitt) mit der Mittelachse in der Kristallwachstumsrichtung zentriert auf die Rotationsmittelachse rotiert, so dass dieser dislokationsfreie Abschnitt mit Strahlung hoher Energie bestrahlt wird; alternativ einen Vorgang, bei dem eine Bestrahlung mit Strahlung hoher Energie zur Erfassung von Informationen über die Dislokation in einem relativen Bewegungszustand durchgeführt wird, wobei eine Strahlungsquelle für Strahlung hoher Energie und der dislokationsfreie Abschnitt in einem Zustand sind, der mit der oben beschriebenen Rotation bzw. Drehung vergleichbar ist.Here, irradiation of high-energy radiation in the rotational state includes: a process in which the dislocation-removal portion rotates centered in the crystal growth direction on the rotation center axis, so that this dislocation-free portion is irradiated with high-energy radiation; alternatively, an operation of irradiating high-energy radiation to acquire dislocation information in a relative motion state, wherein a high-energy radiation source and the dislocation-free section are in a state coincident with the rotation described above; Rotation is comparable.
[Vorteilhafte Effekte der Erfindung] [Advantageous Effects of Invention]
Es ist gemäß der Erfindung möglich, das Verhalten der axialen Dislokation, deren Verhalten im Stand der Technik nicht geklärt ist, zu klären. Außerdem ist es möglich, die Dislokation durch Entweichen zur Außenseite mit dem Wachstum des Dislokationsentfernungsabschnitts zu annihilieren. Alternativ ist es möglich, die Dislokation in einer Schlaufenform zu annihilieren.It is possible according to the invention to clarify the behavior of the axial dislocation, whose behavior in the prior art is not clarified. In addition, it is possible to annihilate the dislocation by escaping to the outside with the growth of the dislocation removing portion. Alternatively, it is possible to annihilate the dislocation in a loop shape.
Auf diese Weise wird die Dislokation annihiliert, wodurch es möglich ist, den Durchmesser zu vergrößern, indem der dislokationsfreie Abschnitt in einen dislokationsfreien Zustand gebracht wird und danach der Silicium-Einkristall gezogen wird, und den geraden Körperabschnitt wachsen zu lassen. Alternativ wird es möglich, nachdem bestätigt wurde, dass der dislokationsfreie Abschnitt ein dislokationsfreier Zustand wird, den Silicium-Einkristall wachsen zu lassen und den Schulterabschnitt (Durchmesserexpansionsabschnitt) und den geraden Körperabschnitt wachsen zu lassen. Dadurch wird es möglich, den Durchmesser, der zum Tragen des Gewichts des Silicium-Einkristalls notwendig ist, aufrechtzuerhalten. Es ist demnach möglich, den dislokationsfreien Kristall mit großem Gewicht, der keine axiale Dislokation hat, aus der Siliciumschmelze sicher und einfach zu ziehen.In this way, the dislocation is annihilated, whereby it is possible to increase the diameter by bringing the dislocation-free portion into a dislocation-free state and thereafter pulling the silicon single crystal and growing the straight body portion. Alternatively, after it has been confirmed that the dislocation-free portion becomes a dislocation-free state, it becomes possible to grow the silicon single crystal and grow the shoulder portion (diameter expanding portion) and the straight body portion. Thereby, it becomes possible to maintain the diameter necessary for supporting the weight of the silicon single crystal. It is thus possible to safely and easily pull the dislocation-free crystal of large weight having no axial dislocation out of the silicon melt.
Nach dem Verfahren zum Herstellen eines Silicium-Einkristalls der Erfindung ist es möglich, einen dislokationsfreien Zustand zu realisieren, indem die Dislokation entfernt wird, die im Schritt des Inkontaktbringens des Impfkristalls mit der Siliciumschmelze erzeugt wurde. Ferner ist es möglich, die Situation der Erzeugung und Entfernung der Dislokation genau zu ermitteln. Zusätzlich ist es möglich, die Beziehung zwischen dem Zustand der Dislokation in dem Neck-Abschnitt und den Ziehbedingungen für den Silicium-Einkristall genau zu bestimmen. Es ist darüber hinaus möglich, die Ziehbedingungen für den Silicium-Einkristall genau zu bestimmen, die geeignet sind, einen dislokationsfreien Zustand einzustellen.According to the method for producing a silicon single crystal of the invention, it is possible to realize a dislocation-free state by removing the dislocation generated in the step of contacting the seed crystal with the silicon melt. Furthermore, it is possible to accurately determine the situation of generation and removal of the dislocation. In addition, it is possible to accurately determine the relationship between the state of dislocation in the neck portion and the pulling conditions for the silicon single crystal. It is also possible to accurately determine the pulling conditions for the silicon single crystal capable of setting a dislocation-free state.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMENDESCRIPTION OF EMBODIMENTS
Im Folgenden wird ein Verfahren zum Herstellen eines Silicium-Einkristalls gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben.Hereinafter, a method for producing a silicon single crystal according to a first embodiment of the invention will be described with reference to the drawings.
Wie in
Der Tiegel
Die Heizvorrichtung
Die Ziehachse
Die Impfkristall-Einspannvorrichtung
Wenn ein Silicium-Einkristall
Das Hitzeschildelement
Die Breite (Dicke) W des unteren Teils des Hitzeschildelements
Ein ein Magnetfeld erzeugendes Element
Als Nächstes wird eine Beschreibung eines Verfahrens zum Herstellen eines Silicium-Einkristalls angeführt, bei dem der in
Wenn der Silicium-Einkristall
Wie in
Zuerst werden im Schritt S00 die Ziehbedingungen, die erlauben, dass der Silicium-Einkristall
Die Ziehbedingungen des Silicium-Einkristalls
Als Nächstes wird im Schritt S01 der Silicium-Polykristall hoher Reinheit in den Tiegel
In der Ausführungsform wird der Silicium-Polykristall mit 300 kg in den Tiegel
Die Atmosphäre in dem CZ-Ofen wird auf eine Inertgasatmosphäre festgelegt und der Druck des Inertgases wird im Bereich von 1,3 kPa bis 13,3 kPa (10 Torr bis 100 Torr) eingestellt. In der Ausführungsform wird die Atmosphäre im CZ-Ofen zum Beispiel als Ar-Gasatmosphäre mit einem Druck von 50 Torr (6,666 kPa) festgesetzt. Darüber hinaus kann die Atmosphäre im CZ-Ofen Wasserstoffgas enthalten.The atmosphere in the CZ furnace is set to an inert gas atmosphere, and the pressure of the inert gas is set in the range of 1.3 kPa to 13.3 kPa (10 Torr to 100 Torr). In the embodiment, the atmosphere in the CZ furnace is set, for example, as an Ar gas atmosphere at a pressure of 50 Torr (6.666 kPa). In addition, the atmosphere in the CZ furnace may contain hydrogen gas.
Außerdem wird ein horizontales Magnetfeld von zum Beispiel 3000 G (0,3 T) durch das ein Magnetfeld erzeugendes Element
Als Nächstes wird in Schritt S02, wie es in
Als Nächstes wird in Schritt S03, wie es in
Der dislokationsfreie Abschnitt N, in welchem die Dislokationen t entfernt sind, wird gebildet, wie es in
Wenn der dislokationsfreie Abschnitt N, der keine gebildete Dislokation t hat, wie es in
Als Nächstes wird in Schritt S04 der Durchmesser des Silicium-Einkristalls
Als Nächstes wird in Schritt S05 die Ziehachse
Als Nächstes wird in Schritt S06 der Durchmesser des Silicium-Einkristalls
Als Nächstes wird in Schritt S11 eine Vorbereitung zum Messen des Zustandes der Dislokation des dislokationsfreien Abschnitts N durchgeführt. Spezifisch ausgedrückt, zuerst wird der dislokationsfreien Abschnitt N aus dem Silicium-Einkristall
Als Nächstes wird in Schritt S12, wie es in
Im Stand der Technik wurde die Analyse der zu detektierenden Dislokation durch Röntgen-Topographie in folgender Weise durchgeführt. Zuerst wird der zu analysierende Querschnitt als Scheibe zu einer Dicke von etwa 1,5 mm geschnitten. Danach wird die geschnittene zu analysierende Oberfläche unter Verwendung einer Mischsäure geätzt und das Transmissionsdiagramm wird durch Röntgenbestrahlung beobachtet. Demnach wird nur das Transmissionsdiagramm im Querschnitt eines vorbestimmten Intervalls erhalten und Bilder, zum Beispiel im Abstand von 1,5 mm, werden zusammengesetzt, um eine Änderung im Zustand der Dislokation, die mit dem Kristallwachstum assoziiert ist, zu analysieren. Aus diesem Grund kann nur die Dislokation, die sich schräg zu der Ziehachse des Silicium-Einkristalls fortpflanzt, beobachtet werden.In the prior art, the analysis of the dislocation to be detected by X-ray topography was carried out in the following manner. First, the cross section to be analyzed is cut as a disk to a thickness of about 1.5 mm. Thereafter, the cut surface to be analyzed is etched using a mixed acid and the transmission diagram is observed by X-ray irradiation. Thus, only the transmission diagram in the cross section of a predetermined interval is obtained, and images, for example, at a pitch of 1.5 mm, are synthesized to analyze a change in the state of dislocation associated with crystal growth. For this reason, only the dislocation propagating obliquely to the pulling axis of the silicon single crystal can be observed.
Wenn andererseits der dislokationsfreie Abschnitt N unter Verwendung der weißen Röntgenstrahlen als Strahlung hoher Energie beobachtet wird, wie es in SYNCHROTRON RADIATION INSTRUMENTATION: Ninth International Conference an Synchrotron Radiation Instrumentation, AIP Conference Proceedings, Band 879, S. 1545–1549 (2007) offenbart ist, können die Dislokationen, die in einer Schlaufenform annihiliert wurden, gemessen werden. Dadurch kann bestätigt werden, dass die Dislokationen in anderen Ebenen als der normalen {111}-Ebene vorliegen. Durch Verwendung eines solchen weißen Röntgenstrahls hoher Energie ist es möglich, das Verhalten, zum Beispiel die Dislokation innerhalb des Silicium-Einkristalls, als Bild dreidimensional zu betrachten, ohne die destruktive Prüfung, zum Beispiel durch Schneiden in Scheiben, durchzuführen. Dadurch können Positionsinformationen der Dislokation und die Eigenschaften der Dislokation dreidimensional beobachtet werden. Als derartige Beobachtungsvorrichtung bzw. Betrachtungsvorrichtung kann die große Synchrotronstrahlungsanlage (Spring-8) mit der Bezeichnung BL28B Japan Synchrotron Radiation Research Institute verwendet werden. On the other hand, when the dislocation-free portion N is observed using the white X-rays as high-energy radiation as disclosed in SYNCHROTRON RADIATION INSTRUMENTATION: Ninth International Conference to Synchrotron Radiation Instrumentation, AIP Conference Proceedings, Vol. 879, pp. 1545-1549 (2007) , the dislocations annihilated in a loop shape can be measured. This confirms that the dislocations are in levels other than the normal {111} plane. By using such high-energy white X-ray, it is possible to three-dimensionally image the behavior, for example, the dislocation within the silicon single crystal, without performing the destructive inspection, for example, by slicing. As a result, positional information of the dislocation and dislocation characteristics can be three-dimensionally observed. As such observation device, the large synchrotron radiation system (Spring-8) called BL28B Japan Synchrotron Radiation Research Institute can be used.
Die weißen Röntgenstrahlen haben ein kontinuierliches Spektrum und können im Energiebereich von 30 keV bis 1 MeV liegen. Die Energie der weißen Röntgenstrahlen kann 40 kEV bis 100 kEV oder 50 kEV bis 60 kEV sein. Die Wellenlänge der weißen Röntgenstrahlen kann 0,001 nm bis 0,25 nm sein. Dadurch ist es möglich, den Zustand der Dislokation im dislokationsfreien Abschnitt N in genügender Weise zu betrachten.The white X-rays have a continuous spectrum and can be in the energy range from 30 keV to 1 MeV. The energy of the white X-rays may be 40 kEV to 100 kEV or 50 kEV to 60 kEV. The wavelength of the white X-rays may be 0.001 nm to 0.25 nm. Thereby, it is possible to sufficiently consider the state of dislocation in the dislocation-free section N.
Hier kann der Röntgenstrahldurchmesser vorzugsweise im Bereich des 0,01- bis 1-Fachen des Durchmessers des dislokationsfreien Abschnitts N, der ein zum messender Gegenstand ist, sein.Here, the X-ray diameter may preferably be in the range of 0.01 to 1 times the diameter of the dislocation-free portion N which is an object to be measured.
In der Ausführungsform wird der dislokationsfreie Abschnitt N mit weißen Röntgenstrahlen, die eine Energie von 40 keV bis 70 keV haben, welche Strahlung B hoher Energie ist, bestrahlt, während er mit einer Umdrehungszahl von 0,1 UpM bis 30 UpM gedreht wird. Spezifisch ausgedrückt, während der dislokationsfreie Abschnitt N unter Verwendung der Mittelachse N4 in der Kristallwachstumsrichtung als Drehachse gedreht wird, wird der dislokationsfreie Abschnitt N aus dem Bestrahlungselement R mit Strahlung hoher Energie bestrahlt. Alternativ wird, während das Bestrahlungselement R zentriert an der Mittelachse N4 gedreht wird, der dislokationsfreie Abschnitt N aus dem Bestrahlungselement R mit Strahlung hoher Energie bestrahlt. Sowohl das Bestrahlungselement R als auch der dislokationsfreie Abschnitt N können unter Verwendung der Achse N4 als Drehachse gedreht werden. Es ist möglich, dreidimensionale Informationen über die Dislokation des dislokationsfreien Abschnitts N in nicht-destruktiver Weise zu erfassen, indem zum Beispiel eine Fourier-Transformation an dem Detektionsresultat durchgeführt wird.In the embodiment, the dislocation-free portion N is irradiated with white X-rays having an energy of 40 keV to 70 keV, which is high-energy radiation B, while being rotated at a rotation number of 0.1 rpm to 30 rpm. Specifically, while the dislocation-free portion N is rotated using the center axis N4 in the crystal growth direction as a rotation axis, the dislocation-free portion N from the irradiation element R is irradiated with high-energy radiation. Alternatively, while the irradiation element R is rotated centered on the central axis N4, the dislocation-free portion N from the irradiation element R is irradiated with high-energy radiation. Both the irradiation element R and the dislocation-free portion N can be rotated by using the axis N4 as a rotation axis. It is possible to detect three-dimensional information about the dislocation of the dislocation-free portion N in a non-destructive manner by, for example, performing a Fourier transform on the detection result.
Außerdem wird in Schritt S12, wie es in
Außerdem werden Eigenschaften der Dislokation, zum Beispiel Burgers-Vektoren, durch weiße Röntgen-Topographie, die in
Hier bedeutet -1 bei den oben genannten Kristallorientierungen 1 mit einer Überlinie.Here, -1 in the above crystal orientations means 1 with a superline.
Als Nächstes wird in Schritt S13 auf der Basis der ersten Informationen, die das dreidimensionale Verhalten der in Schritt S12 erfassten Dislokation umfassen, bestimmt, ob die Dislokation entfernt ist. Spezifisch ausgedrückt, aus den Bilddaten des dislokationsfreien Abschnitts N, gezeigt in
Als Nächstes wird die Bestimmung in Schritt S13, dass dislokationsfrei, zurück zu Schritt S00 geführt.Next, the determination in step S13 that is dislocation-free is returned to step S00.
Das heißt, wenn die Dislokation des dislokationsfreien Abschnitts N durch die Ziehbedingungen, die zuerst in Schritt S00 eingestellt werden, entfernt wird, werden die Ziehbedingungen in einer Datenbank aufgezeichnet und die Ziehbedingungen werden in Schritt S00 verwendet. Wenn die Dislokation des dislokationsfreien Abschnitts N durch die Ziehbedingungen, die zuerst in Schritt S00 eingestellt wurden, entfernt wird, werden die Ziehbedingungen in der Datenbank als nicht in Schritt S00 zu verwendend aufgezeichnet, und in Schritt S00 werden neue Ziehbedingungen eingestellt, die als geeignet angesehen werden, um den dislokationsfreien Abschnitt N in dislokationsfreien Zustand zu bringen.That is, when the dislocation of the dislocation-free portion N is removed by the drawing conditions first set in step S00, the drawing conditions are recorded in a database, and the drawing conditions are used in step S00. When the dislocation of the dislocation-free portion N is removed by the drawing conditions first set in step S00, the drawing conditions in the database are recorded as not being used in step S00, and new drawing conditions are set as appropriate in step S00 in order to bring the dislocation-free section N into a dislocation-free state.
Wie oben beschrieben wurde, wird nach dem Verfahren zum Herstellen eines Silicium-Einkristalls der Ausführungsform der dislokationsfreie Abschnitt N gebildet, wodurch ermöglicht wird, dass die Dislokation, die in dem Schritt des Inkontaktbringens des Impfkristalls T mit der Siliciumschmelze
Außerdem ist es möglich, die Situation der Erzeugung und Entfernung der Dislokation durch Schritt S12 und Schritt S13 genau zu ermitteln.In addition, it is possible to accurately determine the situation of the generation and removal of the dislocation by step S12 and step S13.
Ferner ist es auch möglich, die Ziehbedingungen des Silicium-Einkristalls, die geeignet sind, einen dislokationsfreien Zustand herzustellen, genau zu bestimmen, indem Schritt S00 bis Schritt S06 und Schritt S11 bis Schritt S13 wiederholt werden.Further, it is also possible to accurately determine the pulling conditions of the silicon single crystal capable of producing a dislocation-free state by repeating step S00 to step S06 and step S11 to step S13.
Selbst wenn der Durchmesser des Neck-Abschnitts des Silicium-Einkristalls
Im Folgenden wird ein Verfahren zum Herstellen eines Silicium-Einkristalls gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben.Hereinafter, a method for producing a silicon single crystal according to a second embodiment of the invention will be described with reference to the drawings.
In der Ausführungsform sind die Komponenten, die der ersten oben genannten Ausführungsform entsprechen, mit denselben Bezugszeichen versehen und die Beschreibung derselben wird weggelassen.In the embodiment, the components corresponding to the first embodiment mentioned above are given the same reference numerals and the description thereof is omitted.
Wie in
Das Bestrahlungselement R bestrahlt den dislokationsfreien Abschnitt N während eines Ziehens, während dieser in einer Kammer lokalisiert ist, mit einer Strahlung hoher Energie B. Das Detektionselement d detektiert gebeugtes Licht der Strahlung hoher Energie B, mit welcher der dislokationsfreie Abschnitt N bestrahlt wird. Das Bestrahlungselement R und das Detektionselement d sind so angeordnet, dass sie in der Lage sind, den Winkel ω der Strahlung hoher Energie B bezüglich der Ziehachse
Das Verfahren zum Herstellen eines Silicium-Einkristalls gemäß der Ausführungsform umfasst Schritt S00 bis Schritt S06 entsprechend der oben beschriebenen ersten Ausführungsform, wie es in
In Schritt S22 wird in ähnlicher Weise wie im oben beschriebenen Schritt S12 der dislokationsfreie Abschnitt N aus dem Bestrahlungselement R mit Strahlung hoher Energie B bestrahlt und das gebeugte Licht wird durch das Detektionselement d gemessen. In der Ausführungsform werden die Bestrahlung des dislokationsfreien Abschnitts N mit der Strahlung hoher Energie B und die Detektion des gebeugten Lichts innerhalb des CZ-Ofens durchgeführt, während der Silicium-Einkristall gezogen wird.In step S22, similarly to the above-described step S12, the dislocation-free portion N from the irradiation element R is irradiated with high energy B radiation, and the diffracted light is measured by the detection element d. In the embodiment, the irradiation of the dislocation-free portion N with the high energy B radiation and the detection of the diffracted light within the CZ furnace are performed while pulling the silicon single crystal.
In Schritt S23 wird, entsprechend dem oben beschriebenen Schritt S13, bestimmt, ob die Dislokation des dislokationsfreien Abschnitts N entfernt ist. Wenn die Dislokation des dislokationsfreien Abschnitts N entfernt ist, wird Schritt S04 begonnen. Wenn die Dislokation des dislokationsfreien Abschnitts N nicht entfernt wird, wird das Verfahren außerdem zu Schritt S03 zurückgeführt und der dislokationsfreie Abschnitt N wird weiter wachsen gelassen oder der dislokationsfreie Abschnitt N wird durch ein Zurückschmelzen wieder wachsen gelassen. Außerdem werden die Ziehbedingungen zurück zu Schritt S00 gebracht und es werden Ziehbedingungen, die sich von den zurückgestellten Ziehbedingungen unterscheiden, eingestellt.In step S23, according to the above-described step S13, it is determined whether the dislocation of the dislocation-free portion N is removed. When the dislocation of the dislocation-free portion N is removed, step S04 is started. Further, if the dislocation of the dislocation-free portion N is not removed, the process is returned to step S03, and the dislocation-free portion N is further grown, or the dislocation-free portion N is re-grown by remelting. In addition, the drawing conditions are returned to step S00, and drawing conditions different from the withdrawn drawing conditions are set.
Gemäß der Ausführungsform werden die in den
Als Nächstes wird eine dritte Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben.Next, a third embodiment of the invention will be described with reference to the drawings.
In der Ausführungsform wird eine Beschreibung eines Verfahrens zum Herstellen eines Silicium-Einkristalls gegeben, das geeignet ist, die axiale Dislokation, die sich in der Ziehrichtung des Silicium-Einkristalls über die gesamte Länge des Silicium-Einkristalls erstreckt, zu entfernen.In the embodiment, a description is given of a method of manufacturing a silicon single crystal capable of removing the axial dislocation extending in the pulling direction of the silicon single crystal over the entire length of the silicon single crystal.
Die axiale Dislokation ist eine Dislokation unter den im Neck-Abschnitt erzeugten Dislokationen, die im Stand der Technik nicht entfernbar ist, selbst wenn der Durchmesser des Silicium-Einkristalls durch ein Dash-Necking-Verfahren verringert wird. Wenn ein Wafer durch Schneiden des geraden Körperabschnitts des Silicium-Einkristalls in dünne Scheiben produziert wird, wurde auf dem betreffenden Fachgebiet die axiale Dislokation als eine kleine Vertiefung (pit) detektiert.The axial dislocation is a dislocation among the dislocations generated in the neck portion, which is not removable in the prior art, even if the diameter of the silicon single crystal is reduced by a Dash necking method. When a wafer is produced by slicing the straight body portion of the silicon single crystal into thin slices, the axial dislocation has been detected as a pit in the art.
Die axiale Dislokation kann von der Vertiefung unterschieden werden und durch das folgende Verfahren detektiert werden.The axial dislocation can be distinguished from the well and detected by the following method.
Zuerst wird in der Oberfläche des Wafers des Silicium-Einkristalls die Verformung gemessen, wobei zum Beispiel die Verformungsuntersuchungsvorrichtung (SIRD: eingetragene Marke) SirTec, hergestellt von JENA WAVE, verwendet wird, die in der Lage ist, den Verteilungszustand einer inneren Spannung bzw. Beanspruchung durch optische Untersuchungsmittel zu beobachten.First, deformation is measured in the surface of the wafer of the silicon single crystal, using, for example, the deformation inspecting device (SIRD: Registered Trade Mark) SirTec manufactured by JENA WAVE, which is capable of distributing a stress state observed by optical means of investigation.
Spezifisch ausgedrückt, an dem Wafer wird ein Manifestationsverfahren des Erwärmens für 2 Sekunden oder mehr mit einer Rate der Temperaturerhöhung im Bereich von 10°C/s bis 300°C/s und bei einer Temperatur im Bereich von 900°C bis 1250°C durchgeführt. Die Oberflächeneigenschaften des Wafers, einschließlich der manifestierten Verformung (distortion) werden evaluiert. In diesem Manifestationsverfahren tritt eine große Temperaturdifferenz in Folge des raschen Erwärmens in der Ebene des Wafers auf und dadurch wird die thermische Verformung bzw. die thermische Spannung verursacht. Demnach ist kein Erwärmen über einen langen Zeitraum erforderlich, es kann aber ein Erwärmen für einen kurzen Zeitraum von etwa 1 Sekunde durchgeführt werden.Specifically, on the wafer, a manifestation method of heating is performed for 2 seconds or more at a rate of temperature increase in the range of 10 ° C / s to 300 ° C / s and at a temperature in the range of 900 ° C to 1250 ° C , The surface properties of the wafer, including the manifested distortion, are evaluated. In this manifestation method, a large temperature difference occurs due to the rapid heating in the plane of the wafer, and thereby the thermal deformation or the thermal stress is caused. Thus, no heating for a long time is required, but heating may be performed for a short period of about 1 second.
Die axiale Dislokation existiert durch die Oberfläche und die Rückseite des Wafers. Daher nimmt in der axialen Dislokation die Verformung in folge der thermischen Beanspruchung bzw. der thermischen Spannung, erzeugt durch das oben beschriebene Manifestationsverfahren, zu. Andererseits wird die axiale Dislokation als eine Vertiefung bei der Oberflächenkontaminationsprüfung detektiert, allerdings erhöht sich bei der Dislokation, die keine solche Länge hat, dass sie durch die Oberfläche und die Rückseite des Wafers geht, die Verformung infolge der thermischen Beanspruchung, erzeugt durch das Manifestationsverfahren, nicht. Spezifisch ausgedrückt, bei der Dislokation, bei der die Länge derselben weniger als 10% der Dicke des Wafers ist, nimmt die Verformung in folge der thermischen Beanspruchung, die durch das Manifestationsverfahren erzeigt wird, nicht zu.The axial dislocation exists through the surface and back of the wafer. Therefore, in the axial dislocation, the strain increases due to the thermal stress generated by the above-described manifestation method. On the other hand, the axial dislocation is detected as a pit in the surface contamination test, however, in the dislocation having no such length as to pass through the surface and back of the wafer, the strain due to the thermal stress generated by the manifestation method increases. Not. Specifically, in the dislocation in which the length thereof is less than 10% of the thickness of the wafer, the strain due to the thermal stress exhibited by the manifestation method does not increase.
Obgleich die axiale Dislokation durch das oben beschrieben Manifestationsverfahren bewiesen wird, werden aus dem obigen Grund andere Vertiefungen und dergleichen durch dieses Manifestationsverfahren nicht bewiesen.
Die axiale Dislokation wird in der Stufe des Inkontaktbringens des Impfkristalls mit der Siliciumschmelze erzeugt. Die axiale Dislokation existiert in Richtung des Silicium-Einkristalls, der gezüchtet wird, das heißt kontinuierlich mit dem Neck-Abschnitt, dem Schulterabschnitt und dem geraden Körperabschnitt. Die axiale Dislokation tritt in einer spezifischen Region auf, wenn der Silicium-Einkristall zu einem Wafer verarbeitet ist. Die axiale Dislokation kann durch ein Dash-Necking-Verfahren des betreffenden Fachgebiets nicht entfernt werden.The axial dislocation is generated in the step of contacting the seed crystal with the silicon melt. The axial dislocation exists in the direction of the silicon monocrystal which is grown, that is, continuously with the neck portion, the shoulder portion, and the straight body portion. The axial dislocation occurs in a specific region when the silicon single crystal is processed into a wafer. The axial dislocation can not be removed by a dash necking technique of the art.
Wie in
Wenn die Nachbarschaft des Impfkristalls T0 vergrößert wird, wie es in
Weder die thermische Schockdislokation Jn noch die Misfit-Dislokation Jm, die in Wachstumsrichtung des Silicium-Einkristalls gewachsen sind, hat die Möglichkeit, eine Dislokation J zu werden. Auf dem betreffenden Fachgebiet wird die axiale Dislokation J wie folgt beobachtet. Zuerst wird, wie in
Allerdings hat im Silicium-Einkristall, der zu einer normalen Länge oder größer gewachsen ist, die axiale Dislokation J die Möglichkeit, annihiliert zu werden. Wenn jedoch der Wafer eines Silicium-Einkristalls, der eine normale Länge hat, betrachtet wird, so existiert die axiale Dislokation über die gesamte Länge des Silicium-Einkristalls, und die axiale Dislokation J geht häufig durch den Silicium-Einkristall in Mittelachsenrichtung.However, in the silicon single crystal grown to a normal length or greater, the axial dislocation J has the possibility of being annihilated. However, when the wafer of a silicon single crystal having a normal length is considered, the axial dislocation exists over the entire length of the silicon single crystal, and the axial dislocation J often passes through the silicon single crystal in the central axis direction.
Im Verfahren zum Züchten des Silicium-Einkristalls gibt es zur Zeit des Ziehens des Neck-Abschnitts, des Schulterabschnitts und des geraden Körperabschnitts die folgenden Charakteristika in Richtung der Ausbreitung der thermischen Schockdislokation Jn und der Misfit-Dislokation Jm.In the method of growing the silicon single crystal, at the time of pulling the neck portion, the shoulder portion, and the straight body portion, there are the following characteristics in the direction of propagation of the thermal shock dislocation Jn and the misfit dislocation Jm.
Zunächst bewegen sich die thermische Schockdislokation Jn und die Misfit-Dislokation Jm normalerweise durch die {111}-Ebene, welche eine Gleitebene von Silicium ist.First, the thermal shock dislocation Jn and the misfit dislocation Jm normally move through the {111} plane, which is a slip plane of silicon.
Zweitens, die thermische Schockdislokation Jn und die Misfit-Dislokation Jm werden normalerweise in die {111}-Ebene eingeführt.Second, the thermal shock dislocation Jn and the misfit dislocation Jm are normally introduced into the {111} plane.
Drittens, die thermische Schockdislokation Jn und die Misfit-Dislokation Jm bewegen sich unverzüglich zu der {111}-Ebene, obgleich sie sich selten durch eine andere Ebene bewegen können, ohne in die {111}-Ebene einzutreten. Third, the thermal shock dislocation Jn and the misfit dislocation Jm immediately move to the {111} plane, although they can rarely move through another plane without entering the {111} plane.
Viertens, die meisten der thermischen Schockdislokationen Jn und der Misfit-Dislokationen Jm werden zur Zeit des Inkontaktbringens des Impfkristalls mit der Siliciumschmelze erzeugt.Fourth, most of the thermal shock dislocations Jn and the misfit dislocations Jm are generated at the time of contacting the seed crystal with the silicon melt.
Wenn der Silicium-Einkristall zum Herstellen eines <100>-Wafers gezogen wird, wird davon ausgegangen, dass die thermische Schockdislokation Jn und die Misfit-Dislokation Jm durch die {111}-Ebene, welche eine Gleitebene des Silicium-Einkristalls ist, im Schritt des Bildens eines Neck-Abschnitts wandern und die Oberfläche des Silicium-Einkristalls erreichen. Nach dem Beobachtungsresultat durch die oben beschriebene Röntgen-Topographie erstrecken sich die anfängliche thermische Schockdislokation Jn und die Misfit-Dislokation Jm allerdings nicht zu der {111}-Ebene der Gleitebene, sondern in der Richtung senkrecht zu der Grenzfläche zwischen dem Silicium-Einkristall und der Siliciumschmelze, ungeachtet des Durchmessers des Neck-Abschnitts. Daher bewegen sich die thermische Schockdislokation Jn und die Misfit-Dislokation Jm nicht zur Gleitebene, sondern erstrecken sich häufig in der Wachstumsrichtung des Silicium-Einkristalls.When the silicon monocrystal is pulled to make a <100> wafer, it is considered that the thermal shock dislocation Jn and the misfit dislocation Jm are affected by the {111} plane, which is a sliding plane of the silicon monocrystal of forming a neck portion and reach the surface of the silicon single crystal. However, according to the observation result by the above-described X-ray topography, the initial thermal shock dislocation Jn and the misfist dislocation Jm do not extend to the {111} plane of the slip plane but in the direction perpendicular to the interface between the silicon single crystal and the Si Silicon melt, regardless of the diameter of the neck section. Therefore, the thermal shock dislocation Jn and the misfit dislocation Jm do not move to the slip plane, but often extend in the growth direction of the silicon single crystal.
Dabei kann ein Fall eintreten, dass die thermische Schockdislokation Jn und die Misfit-Dislokation Jm die Oberfläche des Silicium-Einkristalls nicht erreichen, selbst wenn der Durchmesser des Silicium-Einkristalls bis zum Durchmesser des Produkts zunimmt, und die axiale Dislokation werden, die innerhalb des geraden Körperabschnitts existiert. Auf diese Weise kann ein Fall auftreten, dass der Silicium-Einkristall, der die axiale Dislokation innerhalb des geraden Körperabschnitts hat, eine Kristallhabituslinie ähnlich dem Silicium-Einkristall, der keine axiale Dislokation im geraden Körperabschnitt hat, hat und dieser nicht von einem nicht-fehlerhaften Produkt im Zustand eines Ingots unterschieden werden kann. Die axiale Dislokation wird zur Zeit der Herstellung des Wafers aus dem Ingot als Fehler bestätigt.Here, there may be a case that the thermal shock dislocation Jn and the misfact dislocation Jm do not reach the surface of the silicon monocrystal even if the diameter of the silicon monocrystal increases to the diameter of the product, and the axial dislocation within the Straight body section exists. In this way, there may occur a case that the silicon single crystal having the axial dislocation within the straight body portion has a crystal habit line similar to the silicon single crystal having no axial dislocation in the straight body portion, and this is not of a non-defective one Product in the state of an ingot can be distinguished. The axial dislocation is confirmed as an error at the time of manufacturing the wafer from the ingot.
Außerdem kann ein Fall auftreten, in dem die thermische Schockdislokation Jn und die Misfit-Dislokation Jm, die sich in Wachstumsrichtung des Silicium-Einkristalls erstecken, sich zu der {111}-Ebene während der Bildung des Schulterabschnitts oder während der Bildung des geraden Körperabschnitts bewegen.In addition, a case may occur in which the thermal shock dislocation Jn and the misfit dislocation Jm extending in the growth direction of the silicon single crystal move to the {111} plane during the formation of the shoulder portion or during the formation of the straight body portion ,
Wenn die thermische Schockdislokation Jn und die Misfit-Dislokation Jm im Schritt der Bildung eines Neck-Abschnitts zu der {111}-Ebene bewegt werden können, ist es möglich, die axiale Dislokation zu entfernen, selbst wenn der Durchmesser des Neck-Abschnitts nicht verkleinert wird oder der Impfkristall nicht auf eine hohe Temperatur gebracht wird. Solange die thermische Schockdislokation Jn und die Misfit-Dislokation Jm zu der {111}-Ebene im Neck-Abschnitt bewegt werden können, wird das Produkt daher nicht durch die axiale Dislokation beeinflusst, selbst wenn der Schulterabschnitt und der gerade Körperabschnitt geformt werden. Außerdem ist es möglich, die Anzahl der Male des erneuten Schmelzens und die Zeit des erneuten Schmelzens in einem frühen Wachstumsstadium des Silicium-Einkristalls zu unterdrücken. Das heißt, solange die thermische Schockdislokation Jn und die Misfit-Dislokation Jm zu der {111}-Ebene im Neck-Abschnitt bewegt werden können, ist es möglich, den Silicium-Einkristall mit großem Gewicht, in dem die axiale Dislokation im Schulterabschnitt und im geraden Körperabschnitt nicht vorliegt, bei niedrigen Kosten zu züchten.When the thermal shock dislocation Jn and the misfist dislocation Jm can be moved to the {111} plane in the step of forming a neck portion, it is possible to remove the axial dislocation even if the diameter of the neck portion does not decrease or the seed crystal is not brought to a high temperature. Therefore, as long as the thermal shock dislocation Jn and the misfit dislocation Jm can be moved to the {111} plane in the neck portion, the product is not affected by the axial dislocation even if the shoulder portion and the straight body portion are formed. In addition, it is possible to suppress the number of times of remelting and remelting time in an early growth stage of the silicon single crystal. That is, as long as the thermal shock dislocation Jn and the misfit dislocation Jm can be moved to the {111} plane in the neck portion, it is possible to obtain the silicon single crystal of large weight in which the axial dislocation in the shoulder portion and in the straight body section is not present, to breed at low cost.
Wie oben beschrieben wurde, schreiten die thermische Schockdislokation Jn und die Misfit-Dislokation Jm zur Zeit der Bildung des Neck-Abschnitts nicht zu der {111}-Ebene fort, sondern in Richtung senkrecht zu der Grenzfläche zwischen dem Silicium-Einkristall und der Siliciumschmelze. Daher wird in der Ausführungsform eine Beschreibung eines Verfahrens zum Bewegen der thermischen Schockdislokation Jn und der Misfit-Dislokation Jm, die nicht in der {111}-Ebene vorliegen, zu der {111}-Ebene im Schritt des Bildens eines Neck-Abschnitts gegeben werden. Spezifisch ausgedrückt, die Form der Grenzfläche zwischen dem Silicium-Einkristall und der Siliciumschmelze zur Zeit der Bildung des Neck-Abschnitts wird reguliert. Um die Bedingungen dafür zu bestätigen, wird die Röntgen-Topographie eingesetzt.As described above, the thermal shock dislocation Jn and the misfit dislocation Jm do not proceed to the {111} plane at the time of formation of the neck portion, but in the direction perpendicular to the interface between the silicon single crystal and the silicon melt. Therefore, in the embodiment, a description will be made of a method of moving the thermal shock dislocation Jn and the misfist dislocation Jm that are not in the {111} plane to the {111} plane in the step of forming a neck portion , Specifically, the shape of the interface between the silicon single crystal and the silicon melt at the time of formation of the neck portion is regulated. To confirm the conditions, the X-ray topography is used.
Im Folgenden wird ein Verfahren zum Herstellen eines Silicium-Einkristalls gemäß der Ausführungsform im Detail anhand der Zeichnungen beschrieben werden.Hereinafter, a method for producing a silicon single crystal according to the embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
Das Verfahren zum Herstellen eines Silicium-Einkristalls gemäß der Ausführungsform umfasst Schritt S01 bis Schritt S06 und Schritt S11 bis Schritt S13 entsprechend dem Verfahren zum Herstellen eines Silicium-Einkristalls gemäß der ersten Ausführungsform, die in
Außerdem unterscheidet sich der CZ-Ofen der Ausführungsform von dem CZ-Ofen, der in der ersten Ausführungsform oder der zweiten Ausführungsform, die oben beschrieben wurden, verwendet wird, dadurch, dass er keinen Temperaturregulierungsmechanismus für den dislokationsfreien Abschnitt N umfasst. Alle anderen Konfigurationen sind dieselben wie die des CZ-Ofens gemäß der ersten Ausführungsform oder der zweiten Ausführungsform.In addition, the CZ furnace of the embodiment differs from the CZ furnace used in the first embodiment or the second embodiment described above in that it does not include a temperature-regulating mechanism for the dislocation-free portion N. All other configurations are the same as those of the CZ furnace according to the first embodiment or the second embodiment.
Wie in
Außerdem brauchen das Laserbestrahlungselement La und das Gaszuführungselement G nicht so angeordnet zu sein, dass sie zentriert an der Ziehachse rotieren bzw. sich drehen. In diesem Fall sind das Laserbestrahlungselement La und das Gaszuführungselement G fixiert und ein Laserstrahl und Kühlungsgas können intermittierend bei einem vorbestimmten Timing aus dem Laserbestrahlungselement La und dem Gaszuführungselement G angewendet und zugeführt werden.In addition, the laser irradiation element La and the gas supply member G need not be arranged to rotate centered on the pulling axis. In this case, the laser irradiation element La and the gas supply element G are fixed, and a laser beam and cooling gas can be applied and supplied intermittently at a predetermined timing from the laser irradiation element La and the gas supply element G.
Alternativ ist, wie in
In der Ausführungsform wird in Schritt S02 zuerst der Impfkristall T mit der Siliciumschmelze
Danach wird in Schritt S03 bewirkt, dass die Ziehachse
In Schritt S02 wird der Impfkristall T gedreht und abgesenkt und dann wird das untere Ende des Impfkristalls T in die Siliciumschmelze
Wenn die Siliciumschmelze
Unmittelbar nachdem der Silicium-Polykristall, der als Ausgangsmaterial dient, geschmolzen ist, schwankt allerdings die Siliciumschmelze
Wenn die Temperatur im Flüssigkeitslevel der Siliciumschmelze
Wenn die Temperatur im Flüssigkeitslevel der Siliciumschmelze
Wenn das Verfahren von Schritt S02 zu S03 übergeht, ist es notwendig, dass die Temperatur der Siliciumschmelze
Wenn bewirkt wird, dass das untere Ende des Impfkristalls T Affinität für die Siliciumschmelze
So wird, nachdem in Schritt S02 bewirkt wurde, dass der Impfkristall T Affinität für die Siliciumschmelze
Außerdem wird in der Ausführungsform in Schritt S03 bewirkt, dass das untere Ende des Impfkristalls T Affinität für die Siliciumschmelze
Außerdem kann in Schritt S03, nachdem die Temperatur des dislokationsfreien Abschnitts N auf eine Temperatur über der Temperatur des Flüssigkeitslevels der Siliciumschmelze
Der Silicium-Einkristall wird nahezu senkrecht zu der Grenzfläche K zwischen dem Silicium-Einkristall und der Siliciumschmelze
Die Form der Grenzfläche zwischen dem Silicium-Einkristall und der Siliciumschmelze
Wenn die Ziehgeschwindigkeit des Silicium-Einkristalls geringer als eine vorbestimmte Geschwindigkeit ist, wie es in
Das heißt, es ist möglich, die Form der Grenzflächen K1 und K2 zwischen dem Silicium-Einkristall und der Siliciumschmelze
Der Silicium-Einkristall wird in Richtung senkrecht zu den Grenzflächen K1 und K2 gezüchtet bzw. wachsen gelassen. Außerdem schreiten die Dislokationen j in der Wachstumsrichtung des Silicium-Einkristalls fort. Das heißt, die Dislokationen j schreiten in normaler Richtung der virtuellen Tangentenebene an den Grenzflächen K1 und K2 zwischen dem Silicium-Einkristall und der Siliciumschmelze
Aus diesem Grund schreiten die meisten der Dislokastionen j, wie es in
Auf diese Weise wird die Form der Grenzfläche K reguliert und zu einer gekrümmten Form verformt, wodurch es möglich wird, dass die Fortpflanzungsrichtung der Dislokationen j in der Richtung bewegt wird, die von der Richtung der Zentralachse, welches die Wachstumsrichtung des Silicium-Einkristalls ist, verschieden ist. Das heißt, in einem Punkt, in dem die virtuelle Tangentenebene nicht horizontal in willkürlichen Punkten auf den Grenzflächen K1 und K2 ist, schreiten die Dislokationen j in der normalen Richtung der virtuellen Tangentenebene fort. In einem Punkt, in dem die virtuelle Tangentenebene in beliebigen Punkten an den Grenzflächen K1 und K2 nicht horizontal ist, bewegt sich daher die Fortbewegungsrichtung der Dislokationen j in der Richtung, die sich von der Richtung der Zentralachse, welches die Wachstumsrichtung des Silicium-Einkristalls ist, unterscheidet. Dadurch können die thermische Schockdislokation Jn und Misfit-Dislokation Jm, die nicht in der {111}-Ebene existieren, zu der {111}-Ebene bewegt werden, um sie zu entfernen.In this way, the shape of the interface K is regulated and deformed into a curved shape, whereby it is possible to move the propagation direction of the dislocations j in the direction from the direction of the central axis which is the growth direction of the silicon single crystal. is different. That is, at a point where the virtual tangent plane is not horizontal at arbitrary points on the boundaries K1 and K2, the dislocations j proceed in the normal direction of the virtual tangent plane. Therefore, at a point where the virtual tangent plane is not horizontal at arbitrary points at the interfaces K1 and K2, the traveling direction of the dislocations j moves in the direction different from the direction of the central axis which is the growth direction of the silicon single crystal differentiates. Thereby, the thermal shock dislocation Jn and misfit dislocation Jm that do not exist in the {111} plane can be moved to the {111} plane to remove them.
Das heißt, wenn die Grenzfläche K1 eine gekrümmte Oberfläche ist, die nach unten gerichtet konvex ist, schreiten die Dislokationen j in Richtung der Außenseite des dislokationsfreien Abschnitts N des Silicium-Einkristalls in der Durchmesserrichtung fort, um die äußere Umfangsoberfläche des Silicium-Einkristalls zu erreichen, und werden im dislokationsfreien Abschnitt N auf diese Weise entfernt. Außerdem schreiten die Dislokationen j, wenn die Grenzfläche K eine gekrümmte Oberfläche, die nach oben gerichtet konvex ist, ist, in Richtung der Innenseite des dislokationsfreien Abschnitts N des Silicium-Einkristalls in der Durchmesserrichtung fort und werden annihiliert und sind somit im dislokationsfreien Abschnitt N entfernt.That is, when the interface K1 is a curved surface that is downwardly convex, the dislocations j propagate toward the outside of the dislocation-free portion N of the silicon single crystal in the diameter direction to reach the outer peripheral surface of the silicon single crystal , and are removed in the dislocation-free section N in this way. In addition, when the interface K is a curved surface that is convex upward, the dislocations j propagate toward the inside of the dislocation-free portion N of the silicon single crystal in the diameter direction and are annihilated, and are thus removed in the dislocation-free portion N. ,
Daher ist es möglich, zu verhindern, dass die axialen Dislokationen J erzeugt werden, und zwar durch Entfernung der Dislokationen j, die sich von beliebigen Punkten an den Grenzflächen K1 und K2, in welchen die virtuelle Tangentenebene nicht horizontal ist, ausbreiten.Therefore, it is possible to prevent the axial dislocations J from being generated by removing the dislocations j propagating from arbitrary points at the interfaces K1 and K2 in which the virtual tangent plane is not horizontal.
Wenn bewirkt wird, dass die Dislokationen j in Richtung der Mittelachse des Silicium-Einkristalls gehen und so annihiliert werden, oder bewirkt wird, dass sie zur äußeren Umfangsoberfläche des Silicium-Einkristalls fortschreiten und so entfernt werden, kann ein Fall auftreten, in dem, wenn die Ziehgeschwindigkeit des Silicium-Einkristalls schwankt, der Durchmesser des zu bildenden Silicium-Einkristalls schwankt. Zu dieser Zeit tritt, selbst wenn der Durchmesser des Silicium-Einkristalls zu einem gewissen Grad abnimmt, kein Problem auf, solange es ein Durchmesser ist, der in der Lage ist, den schließlich zu bildenden Silicium-Einkristall zu halten. Außerdem gibt es, selbst wenn der Durchmesser des Silicium-Einkristalls zu einem gewissen Ausmaß zunimmt, keine Probleme,. solange er einen Durchmesser hat, der kein Ausgangsmaterial als Abfall verwirft. Solange der Durchmesser in dem Bereich, in dem das Ziehen des geraden Körperabschnitts des Silicium-Einkristalls nicht nachteilig beeinflusst wird, liegt, kann der Durchmesser des Silicium-Einkristalls zu einem Grad schwanken.When causing the dislocations j to go toward the central axis of the silicon single crystal and be annihilated or caused to proceed to the outer peripheral surface of the silicon single crystal and thus removed, there may occur a case where the pulling rate of the silicon monocrystal fluctuates, the diameter of the silicon monocrystal to be formed fluctuates. At this time, even if the diameter of the silicon single crystal decreases to a certain extent, no problem occurs as long as it is a diameter capable of holding the silicon single crystal finally to be formed. In addition, even if the diameter of the silicon single crystal increases to a certain extent, there are no problems. as long as it has a diameter that rejects any starting material as waste. As long as the diameter is in the range in which the pulling of the straight body portion of the silicon Single crystal is not adversely affected, the diameter of the silicon single crystal may vary to a degree.
Es kann der Fall eintreten, dass die Richtung des Fortschreitens der Dislokation von der Ziehrichtung des Silicium-Einkristalls infolge einer Änderung der Ziehgeschwindigkeit abweicht. Dieses Phänomen ist zum Zwecke der Dislokationsentfernung vorteilhaft.It may be the case that the direction of progress of the dislocation deviates from the pulling direction of the silicon monocrystal due to a change in the pulling speed. This phenomenon is advantageous for the purpose of dislocation removal.
Die Grenzfächen K1 und K2, die in
Folglich werden in Schritt S03 der Ausführungsform, wie es in
Wenn die Temperaturverteilung in der Durchmesserrichtung, das heißt der Temperaturgradient in der Durchmesserrichtung, in dem Silicium-Einkristall nicht erzeugt wird, wie es in den
Hier wird der dislokationsfreien Abschnitt N des Silicium-Einkristalls aus einer Richtung erwärmt oder abgekühlt, wobei der in
Wenn der in
Außerdem wird von der Seite, die dem Laserbestrahlungselement La gegenüber liegt, durch das Gaszuführungselement G Kühlgas zugeführt. Dadurch wird die Nachbarschaft der Grenzflächen K1 und K2 des dislokationsfreien Abschnitts N aus der Richtung, die der Richtung gegenüber liegt, in welcher des dislokationsfreie Abschnitt N erwärmt wird, gekühlt.In addition, from the side opposite to the laser irradiation element La, cooling gas is supplied through the gas supply element G. Thereby, the neighborhood of the interfaces K1 and K2 of the dislocation-free portion N from the direction opposite to the direction in which the dislocation-free portion N is heated is cooled.
Wenn der in
Auf diese Weise wird ein Temperaturgradient senkrecht zu der Richtung des Hochgehens der Ziehachse
Danach werden die Grenzflächen K3 und K4 zwischen dem dislokationsfreien Abschnitt N des Silicium-Einkristalls und der Siliciumschmelze
Außerdem ändern sich die Formen der Grenzflächen K3 und K4 zwischen dem Silicium-Einkristall und der Siliciumschmelze
Die Siliciumschmelze
Außerdem kann die Stärke eines Magnetfeldes auf Null eingestellt werden, indem die Stärke eines Magnetfeldes, das durch das ein Magnetfeld erzeugendes Element
Außerdem kann in dem Zustand, in dem die Heizvorrichtung
Außerdem kann bewirkt werden, dass Eigenschaften eines Abschnitts der inneren Umfangsoberfläche des Quarztiegels
Auf diese Weise werden die Eigenschaften eines Abschnitts der inneren Umfangsoberfläche des Quarztiegels
Zusätzlich zu dem oben beschriebenen Verfahren können in ähnlicher Weise Verfahren entwickelt werden, in welchen die Positionen der horizontalen Abschnitte Kd der Grenzflächen K3 und K4 bewegt werden, indem Parameter verändert werden, zum Beispiel der Erwärmungszustand der Heizvorrichtung
Auf diese Weise bewegen sich die horizontalen Abschnitte Kd der Grenzflächen K3 und K4 von der Mittelachse des Silicium-Einkristalls zu der Außenseite in Durchmesserrichtung und somit ist die Ausbreitungsrichtung der Dislokation j, die an der Mittelachse des Silicium-Einkristalls erzeugt wurde, von der Richtung der Mittelachse, welche die Wachstumsrichtung des Silicium-Einkristalls ist, geändert worden. Außerdem können die horizontalen Abschnitte Kd der Grenzflächen K3 und K4 in geeigneter Weise bewegt werden. Dadurch können die thermische Schockdislokation Jn und die Misfit-Dislokation Jm, die nicht in der {111}-Ebene vorliegen, zuverlässig in den dislokationsfreien Abschnitt N durch Bewegung zu der {111}-Ebene entfernt werden. Dadurch ist es möglich, die Dislokation j, die sich von beliebigen Punkten an den Grenzflächen K3 und K4 erstreckt, zuverlässig zu entfernen und die axiale Dislokation J zuverlässig zu entfernen. In this way, the horizontal portions Kd of the interfaces K3 and K4 move from the center axis of the silicon single crystal to the outside in the diameter direction, and thus the propagation direction of the dislocation j generated at the central axis of the silicon single crystal is from the direction of the Center axis, which is the growth direction of the silicon single crystal, has been changed. In addition, the horizontal portions Kd of the interfaces K3 and K4 can be appropriately moved. Thereby, the thermal shock dislocation Jn and the misfist dislocation Jm which are not in the {111} plane can be reliably removed into the dislocation-free portion N by moving to the {111} plane. Thereby, it is possible to reliably remove the dislocation j extending from any points on the interfaces K3 and K4 and to reliably remove the axial dislocation J.
Gemäß der Ausführungsform ist es demnach möglich, einen Silicium-Einkristall herzustellen, der keine axiale Dislokation hat, die sich zum geraden Körperabschnitt erstreckt, die durch das Verfahren des Standes der Technik nicht entfernt werden kann, und zwar zusätzlich zu dem Effekt im Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Einkristalls, das in der oben beschriebenen ersten Ausführungsform und zweiten Ausführungsform beschrieben wurde. Es ist möglich, einen Wafer, der keine axiale Dislokation hat, aus dem geraden Körperabschnitt des Silicium-Einkristalls, der keine axiale Dislokation hat, herzustellen.According to the embodiment, therefore, it is possible to produce a silicon single crystal having no axial dislocation extending to the straight body portion which can not be removed by the prior art method, in addition to the effect in the method of production of a silicon single crystal described in the above-described first embodiment and second embodiment. It is possible to manufacture a wafer having no axial dislocation from the straight body portion of the silicon single crystal having no axial dislocation.
[Beispiel 1][Example 1]
In diesem Beispiel wird ein Silicium-Polykristall mit 300 kg in den Tiegel eingespritzt. Die Konzentration eines Dotierungsmittels wird so eingestellt, dass der Widerstandswert des geraden Körperabschnitts des herzustellenden Silicium-Einkristalls 12 Ωcm wird. Außerdem wird die Atmosphäre in dem CZ-Ofen auf eine Ar-Gasatmosphäre mit einem Druck von 50 Torr (6,666 kPa) eingestellt.In this example, a 300 kg silicon polycrystal is injected into the crucible. The concentration of a dopant is adjusted so that the resistance value of the straight body portion of the silicon single crystal to be produced becomes 12 Ωcm. In addition, the atmosphere in the CZ furnace is set to an Ar gas atmosphere with a pressure of 50 Torr (6.666 kPa).
Der Durchmesser des Impfkristalls wird auf 300 mm festgesetzt, um den dislokationsfreien Abschnitt zu züchten.The diameter of the seed crystal is set at 300 mm to grow the dislocation-free section.
Hier werden Schritt S00 bis Schritt S06 und Schritt S11 bis Schritt S13 unter Verwendung von fünf verschiedenen Bedingungen von Probe 1 bis Probe 5, gezeigt in Tabelle 2 als die Ziehbedingungen in Schritt S00, gezeigt in
In Schritt S13, der in
Was die Ziehbedingungen in Schritt S00 angeht, so wird demnach die Ziehgeschwindigkeit der Ziehachse auf einen Bereich von 0,5 mm/min bis 1,5 mm/min eingestellt, die Entfernung (Höhe) von der Siliciumschmelze wird auf einen Bereich von 100 mm bis 150 mm eingestellt und die Retentionszeit wird auf 100 min eingestellt. Dadurch war es möglich, die Dislokation des dislokationsfreien Abschnitts zu entfernen und die Dislokation des Schulterabschnitts und des geraden Körperabschnitts des Silicium-Einkristalls zu entfernen.Accordingly, as for the drawing conditions in step S00, the pulling speed of the pulling axis is set to a range of 0.5 mm / min to 1.5 mm / min, the distance (height) of the silicon melt is set to a range of 100 mm 150 mm and the retention time is set to 100 min. Thereby, it was possible to remove the dislocation of the dislocation-free portion and to remove the dislocation of the shoulder portion and the straight body portion of the silicon single crystal.
[Beispiel 2][Example 2]
Wenn der Silicium-Einkristall unter Verwendung des Verfahrens des Standes der Technik hergestellt wird, wie es in
Als Nächstes wurde die Entfernung der axialen Dislokation in ähnlicher Weise wie in Beispiel 1 durchgeführt.Next, the removal of the axial dislocation was carried out in a similar manner to Example 1.
Als Resultat wird in Schritt S13, der in
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEITINDUSTRIAL APPLICABILITY
Ein Verfahren zum Herstellen eines Silicium-Einkristalls gemäß der Erfindung umfasst: einen Schritt, bei dem ein Impfkristall mit einer Siliciumschmelze in Kontakt gebracht wird und dann der Impfkristall (hoch)gezogen wird, um einen Silicium-Einkristall zu züchten; einen Schritt des Entfernens einer Dislokation, die in dem Silicium-Einkristall erzeugt wurde, indem bewirkt wird, dass die Dislokation zu der Außenseite des Silicium-Einkristalls in Durchmesserrichtung wandert, oder indem die Dislokation in einer Schlaufenform annihiliert wird, um einen dislokationsfreien Abschnitt im Silicium-Einkristall zu bilden, und einen Schritt, bei dem der Silicium-Einkristall gezogen wird, indem der dislokationsfreie Abschnitt gebildet wird und der Silicium-Einkristall bis zu einem vorbestimmten Durchmesser vergrößert wird, um einen geraden Körperabschnitt zu bilden.A method for producing a silicon single crystal according to the invention comprises: a step of contacting a seed crystal with a silicon melt, and then pulling the seed crystal (high) to grow a silicon single crystal; a step of removing a dislocation generated in the silicon single crystal by causing the dislocation to migrate toward the outside of the silicon single crystal in the diameter direction, or by annihilating the dislocation in a loop shape to form a dislocation-free portion in the silicon Single crystal, and a step in which the silicon single crystal is pulled by forming the dislocation-free portion and enlarging the silicon single crystal to a predetermined diameter to form a straight body portion.
Ein Verfahren zum Herstellen eines Silicium-Einkristalls gemäß der Erfindung löst wenigstens eines der folgenden Probleme: Realisierung eines dislokationsfreien Zustands durch Entfernung der Dislokation, die im Schritt des Inkontaktbringens des Impfkristalls mit der Siliciumschmelze erzeugt wurde; zur genauen Ermittlung der Situation der Erzeugung und Entfernung der Dislokation; zur genauen Ermittlung einer Beziehung zwischen dem Zustand der Dislokation im Neck-Abschnitt und der Ziehbedingungen des Silicium-Einkristalls und zur genauen Ermittlung der Ziehbedingungen des Silicium-Einkristalls, die geeignet sind, einen dislokationsfreien Zustand einzustellen.A method for producing a silicon single crystal according to the invention solves at least one of the following problems: realization of a dislocation-free state by removing the dislocation generated in the step of contacting the seed crystal with the silicon melt; to accurately determine the situation of generation and removal of the dislocation; for accurately determining a relationship between the state of dislocation in the neck portion and the pulling conditions of the silicon single crystal and for accurately determining the pulling conditions of the silicon single crystal capable of setting a dislocation-free state.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1a1a
- Quarztiegelquartz crucible
- 33
- Siliciumschmelzesilicon melt
- 44
- Ziehachse (Mittelachse)Drawing axis (middle axis)
- 66
- Silicium-EinkristallSilicon single crystal
- 6a6a
- Schulterabschnittshoulder portion
- 6b6b
- gerader Körperabschnittstraight body section
- BB
- Strahlung hoher EnergieHigh energy radiation
- NN
- dislokationsfreier Abschnitt (Dislokationsentfernungsabschnitt, Abschnitt zur Entfernung einer axialen Dislokation)dislocation-free section (dislocation removal section, axial dislocation removal section)
- TT
- Impfkristallseed
- K1, K2, K3, K4K1, K2, K3, K4
- Grenzfläche (Feststoff-FlüssigkeitGrenzfläche)Interface (solid-liquid interface)
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