DE112012003652T5

DE112012003652T5 - Verfahren zur Herstellung eines Siliziumkristalls

Info

Publication number: DE112012003652T5
Application number: DE112012003652.2T
Authority: DE
Inventors: c/o Shirakawa R&D Center Kimura Shirakawa; c/o Shirakawa R&D Center Takano Kiyotaka; c/o Shirakawa Plant Tokue Junya
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 2011-09-01
Filing date: 2012-08-02
Publication date: 2014-08-28
Anticipated expiration: 2032-08-03
Also published as: US20140174339A1; JPWO2013031091A1; US9499924B2; DE112012003652B4; WO2013031091A1; JP5790766B2; DE112012003652T8; KR20140068897A; KR101855814B1

Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung eines Siliziumeinkristalls wird bereitgestellt, wobei das Verfahren umfasst: einen Rohmaterial-Schmelzschritt des Schmelzens von polykristallinem Silizium, das in einem Tiegel befindlich ist, um eine Siliziumschmelze zu erhalten; und einen Ziehschritt des In-Kontakt-Bringens eines Impfkristalls mit einer Schmelzenoberfläche der Siliziumschmelze und Hochziehen des Impfkristalls, um den Siliziumeinkristall wachsen zu lassen, wobei, nach dem Rohmaterial-Schmelzschritt und vor dem Ziehschritt, das Folgende durchgeführt wird: ein Cristobalitisierungsschritt des Belassens der Siliziumschmelze bei einer vorbestimmten Anzahl an Rotationen des Tiegels mit einer vorbestimmten Gasfließgeschwindigkeit und einem vorbestimmten Ofendruck, um Cristobalit auf einer Oberfläche des Tiegels zu erzeugen, während ein Magnetfeld angelegt wird; und ein Auflösungsschritt des teilweisen Auflösens des Cristobalits durch Ausführen von einem beliebigen von einem Erhöhen der Anzahl der Rotationen des Tiegels, einem Erhöhen der Gasfließgeschwindigkeit und einer Verringerung des Ofendrucks jenseits der entsprechenden Werte des Cristobalitisierungsschritts. Als ein Ergebnis, wird das Verfahren zur Herstellung eines Siliziumeinkristalls bereitgestellt, welches das Auftreten einer Versetzung zum Zeitpunkt der Herstellung des Siliziumeinkristalls unterdrückt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Siliziumeinkristalls, basierend auf dem Czochralski-Verfahren.
STAND DER TECHNIK
Das Czochralski-Verfahren ist zum Wachsen eines Siliziumeinkristalls breit angepasst worden. Unter anderem ist das MCZ-Verfahren (das Magnetfeld anwendende Czochralski-Verfahren) zum Anlegen eines Magnetfelds auf eine Siliziumschmelze, um einen Konvektionsstrom einer Siliziumschmelze in dem Quarztiegel zu unterdrücken, bekannt. In dem MCZ-Verfahren wird ein Siliziumeinkristall durch Durchführen eines Schmelzschritts von in einem Quarztiegel enthaltenem polykristallinen Silizium und Schmelzen des polykristallinen Siliziums in dem Quarztiegel durch Verwendung eines Heizers und ein Ziehschritt des In-Kontakt-Bringens eines Impfkristalls mit einer Schmelzoberfläche der Siliziumschmelze von oben, Rotieren und Auf- und Abbewegen des Impfkristalls und des Quarzkristalls während ein Magnetfeld auf die Siliziumschmelze unter Verwendung einer Spule, und Ziehen des Impfkristalls angewendet wird.
Der Quarztiegel, der konfiguriert ist, die Siliziumschmelze darin zu beinhalten, ist aus amorphem SiO₂ (Quarzglas) mit einer amorphen Struktur hergestellt. Der Quarztiegel reagiert mit der Siliziumschmelze und eine Cristobalitkristallschicht, welche kristallines SiO₂ ist, wird auf einer SiO₂/Si-Grenzfläche gebildet, d. h. einer inneren Oberfläche des Quarztiegels, die in Kontakt mit der Siliziumschmelze ist. In einigen Fällen wird die Cristobalitschicht während des Hochziehens des Siliziumeinkristalls abgeblättert, freigesetzt oder ihr erlaubt von dem Quarztiegel in die Siliziumschmelze zu fallen und sie erreicht eine Wachstumsgrenzfläche eines Siliziumeinkristalls, der gezogen wird. Als ein Ergebnis tritt die Cristobalitkristallschicht in den Siliziumeinkristall, der hochgezogen wird, ein, und dies kann die Erzeugung von Versetzungen des Siliziumeinkristalls verursachen.
Daher, um das Abblättern des Cristobalits von der inneren Oberfläche des Quarztiegels während des Siliziumeinkristall-Ziehschritts zu verhindern und die Erzeugung von Versetzung des Siliziumeinkristalls zu vermeiden, wurden verschiedene Verfahren vorgeschlagen. Beispielsweise offenbart Patentliteratur 1 ein Verfahren zum Wachsenlassen eines Siliziumeinkristalls, während ein Magnetfeld auf eine Siliziumschmelze angelegt wird, unter Verwendung eines Quarztiegels mit einer Schicht mit geringem Aluminiumgehalt auf der inneren Oberflächenseite.
Jedoch liegt gemäß dem Verfahren, offenbart in Patentliteratur 1, ein Problem darin, dass die Schicht mit geringem Aluminiumgehalt (eine Verunreinigungsschicht) in dem Quarztiegel geformt wird, und daher diese Verunreinigung in dem Siliziumeinkristall enthalten ist. Falls die Verunreinigung in dem Siliziumeinkristall enthalten ist, ist ein Einfluss auf ein Gerät eine Sorge und daher ist die Bildung der Verunreinigungsschicht auf einer inneren Oberfläche des Quarztiegels nicht bevorzugt. Insbesondere ist es ein besonders unerwünschtes Problemlösungsmittel für ein Gerät der nächsten Generation, von dem erwartet wird, eine hohe Reinheit zu erreichen.
Des Weiteren offenbart Patentliteratur 2 ein unterbrechendes Anlegen eines Magnetfelds auf eine Siliziumschmelze, um eine Größe von Cristobalit zu kontrollieren. Diese Arbeitsweise ist jedoch problematisch, da, um ein Magnetfeld unterbrechend auf eine Siliziumschmelze von mehr als einmal anzulegen, Magnetisierung und Entmagnetisierung einer Spule wiederholt werden muss, und ein Risiko von Durchführungsfehlern erhöht wird. Des Weiteren wird, wenn die Magnetisierung und Entmagnetisierung der Spule wiederholt wird, eine Totzeit erhöht, wo der Siliziumeinkristall nicht hergestellt wird, was ineffizient ist.
ZITATLISTE
PATENTLITERATUR

Patentliteratur 1: japanische ungeprüfte Patentanmeldungs-Veröffentlichungs-Nr. 2010-30816
Patentliteratur 2: japanische ungeprüfte Patentanmeldungs-Veröffentlichungs-Nr. 2001-240494
Patentliteratur 3: japanische ungeprüfte Patentanmeldungs-Veröffentlichungs-Nr. H10-297994

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
TECHNISCHES PROBLEM
In Anbetracht des oben beschriebenen Problems ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Siliziumeinkristalls zur Verfügung zu stellen, welches die Erzeugung einer Versetzung zum Zeitpunkt der Herstellung des Siliziumeinkristalls unterdrückt.
LÖSUNG DES PROBLEMS
Um das oben beschriebene Ziel zu erreichen, wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Siliziumeinkristalls zur Verfügung gestellt, wobei das Verfahren umfasst: einen Rohmaterial-Schmelzschritt des Schmelzens von polykristallinem Silizium, das in einem Tiegel befindlich ist, um eine Siliziumschmelze zu erhalten; und einen Ziehschritt des In-Kontakt-Bringens eines Impfkristalls mit einer Oberfläche der Schmelze der Siliziumschmelze und Hochziehen des Impfkristalls,
um den Siliziumeinkristall wachsen zu lassen, wobei, nach dem Rohmaterial-Schmelzschritt und vor dem Ziehschritt, das Folgende durchgeführt wird: ein Cristobalitisierungsschritt des Belassens der Siliziumschmelze bei einer vorbestimmten Anzahl an Rotationen des Tiegels mit einer vorbestimmten Gasfließgeschwindigkeit und einem vorbestimmten Ofendruck, um Cristobalit auf einer Oberfläche des Tiegels zu erzeugen, während ein Magnetfeld angelegt wird; und
ein Auflösungsschritt des teilweisen Auflösens der Cristobalit durch Ausführen von irgendeinem von einem Erhöhen der Anzahl der Rotationen des Tiegels, einem Erhöhen der Gasfließgeschwindigkeit und einer Reduzierung des Ofendrucks jenseits der entsprechenden Werte in dem Cristobalitisierungsschritt.
Gemäß einem solchen Verfahren zur Herstellung eines Siliziumeinkristalls wird das Verfahren zur Herstellung eines Siliziumeinkristalls, welches die Erzeugung einer Versetzung unterdrückt, bereitgestellt, wenn die Oberfläche des Tiegels, auf dem Cristobalit einmal erzeugt worden ist, wagemutig geeigneterweise aufgelöst wird und ein idealer Oberflächenzustand des Tiegels erzeugt wird.
Darüber hinaus kann das gleiche Magnetfeld wie in dem Cristobalitisierungsschritt bei dem Auflösungsschritt angewendet werden.
Wie oben beschrieben, kann Cristobalit einfach durch Durchführen von beispielsweise einer Erhöhung der Anzahl an Rotationen des Tiegels, während der Cristobalitisierungsschritt und die Anwendung des Magnetfelds beibehalten werden, teilweise aufgelöst werden und daher kann eine Totzeit, in der der Siliziumeinkristall nicht hergestellt wird, verkürzt werden.
Zusätzlich ist es bei dem Cristobalitisierungsschritt bevorzugt, die Anzahl an Rotationen des Tiegels auf 3 UpM oder weniger anzupassen, die Gasfließgeschwindigkeit auf 250 L/min oder weniger anzupassen, und den Ofendruck auf 80 hPa oder mehr anzupassen.
Wenn die Anpassung auf diese Weise ausgeführt wird, wird der Cristobalit geeigneterweise hergestellt und die Erzeugung von Versetzung kann zudem effektiv vermieden werden.
Des Weiteren ist es bevorzugt, den Cristobalitisierungsschritt für eine Stunde oder mehr durchzuführen.
Wenn solch eine Zeitdauer zur Verfügung gestellt wird, ist es eine Zeit, die ausreichend ist, um den Cristobalit auf der Oberfläche des Tiegels zu bilden und es ist auch eine ausreichend kurze Zeit hinsichtlich der Effizienz.
Des Weiteren ist es bevorzugt, bei dem Auflösungsschritt die Anzahl an Rotationen des Tiegels auf 5 UpM oder mehr zu erhöhen, die Gasfließgeschwindigkeit auf 300 L/min oder mehr zu erhöhen, und den Ofendruck auf 70 hPa oder weniger zu reduzieren.
Wenn die Anpassung auf diese Weise durchgeführt wird, wird der Cristobalit ausreichend aufgelöst und die Erzeugung von Versetzung kann zudem effektiv vermieden werden.
Darüber hinaus ist es bevorzugt, den Auflösungsschritt für eine Stunde oder mehr und neun Stunden oder weniger durchzuführen.
Wie oben beschrieben, kann die Auflösung ausreichend durchgeführt werden, zu dem Ausmaß, dass der Cristobalit nicht abblättert und, selbst wenn der Cristobalit abblättert, der abgeblätterte Cristobalit ausreichend dünn wird, um in der Siliziumschmelze aufgelöst zu werden, bevor er eine Fest-Flüssig-Kontaktfläche erreicht, wenn die Zeit des Auflösungsschritts eine Stunde oder mehr beträgt. Zusätzlich ist es möglich, den erzeugten Cristobalit daran zu hindern, vollständig aufgelöst zu werden und auch das Auftreten einer neuen Nukleation des Cristobalits zu verhindern, wenn die Zeit des Auflösungsschritts neun Stunden oder weniger beträgt.
Des Weiteren ist es bevorzugt, ein horizontales Magnetfeld als das anzuwendende Magnetfeld zu verwenden und die Intensität eines zentralen Magnetfelds davon auf 3000 Gauß oder mehr und 5000 Gauß oder weniger bei dem Cristobalitisierungsschritt, dem Auflösungsschritt, oder sowohl dem Cristobalitisierungsschritt und dem Auflösungsschritt, einzustellen.
Wie oben beschrieben, kann eine Restzeit verkürzt werden, wenn das horizontale Magnetfeld angewendet wird und die Intensität, dessen zentrales Magnetfelds 3000 Gauß oder mehr beträgt, was effizient ist. Andererseits ist die Anwendung von 5000 Gauß ausreichend.
VORTEILHAFTE EFFEKTE DER ERFINDUNG
Wie oben beschrieben, kann gemäß dem Verfahren zur Herstellung eines Siliziumeinkristalls der vorliegenden Erfindung die Erzeugung einer Versetzung bei dem Wachstum des Siliziumeinkristalls unterdrückt werden, wenn die Oberfläche des Tiegels, auf dem Cristobalit einmal erzeugt worden ist, wagemutig geeigneterweise aufgelöst wird und ein idealer Tiegeloberflächenzustand gebildet wird. Des Weiteren kann der Cristobalit teilweise aufgelöst werden, wenn eine Erhöhung der Anzahl an Rotationen des Tiegels oder ähnlichem durchgeführt wird, ohne die Anwendung des Magnetfelds zu verändern, und daher kann die Totzeit, in der der Siliziumeinkristall nicht hergestellt wird, verkürzt werden.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun nachfolgend beschrieben, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt.
Wie in Patentliteratur 2 oder Patentliteratur 3 offenbart, wird der Cristobalit auf der Oberfläche des Tiegels, in eine Umgebung, wo das Magnetfeld auf die Siliziumschmelze angewendet wird, gebildet, und der gebildete Cristobalit wird schrittweise in der Siliziumschmelze, in eine Umgebung, wo die Anwendung des Magnetfelds gestoppt wird, aufgelöst. In herkömmlichen Beispielen liegt ein Problem darin, dass dieser Cristobalit in die Siliziumschmelze abblättert, was in der Erzeugung von Versetzung des Siliziumeinkristalls, der sich in dem Wachstumsprozess befindet, resultiert.
Die vorliegenden Erfinder haben ein Magnetfeld von 4000 Gauß auf eine Siliziumschmelze nach dem Ende eines polykristallinen Siliziumschmelzschritts angewendet, die Siliziumschmelze für eine Stunde belassen, dann einen Siliziumeinkristall, basierend auf der MCZ-Verfahren gezogen, die Bildung von Cristobalit auf einer Oberfläche des Tiegels beobachtet, und folglich Spuren von abgeblättertem Cristobalit nahe des Zentrums eines sogenannten braunen Rings gefunden. Andererseits haben die vorliegenden Erfinder nach dem Ende des polykristallinen Siliziumschmelzschritts ein Magnetfeld von 4000 Gauß auf die Siliziumschmelze angewendet, die Siliziumschmelze für eine Stunde belassen, dann irgendeines von einer Erhöhung der Anzahl an Rotationen des Tiegels, einer Erhöhung der Gasfließgeschwindigkeit, und einer Reduktion des Ofendrucks durchgeführt, und den Kristall, basierend auf dem MCZ-Verfahren, gezogen, jedoch wurde der braune Ring auf der Oberfläche des Tiegels nicht beobachtet, da er aufgelöst wurde, ein Großteil des braunen Rings in amorphes Silizium umgewandelt wurde und gesprenkelter Cristobalit wurde darin in einem inselartigen Muster gebildet.
Die Häufigkeit, mit der Erzeugung von Versetzung auftrat, wurde hinsichtlich 10 Stück von Siliziumeinkristallen, basierend auf dem MCZ-Verfahren wachsen gelassen, direkt nach Anwenden des Magnetfelds und Belassen der Schmelze und 10 Stück von Siliziumeinkristallen, gewachsen basierend auf dem MCZ-Verfahren nach Anwenden des Magnetfelds, Belassen der Schmelze und dann Durchführen von beispielsweise einer Erhöhung der Anzahl an Rotationen des Tiegels, geprüft. Als ein Ergebnis trat die Erzeugung von Versetzung in allen 10 Stücken des Siliziumeinkristalls auf, wenn nur das Magnetfeld angelegt war und die Schmelze belassen wurde, wohingegen die Erzeugung der Versetzung nicht beobachtet wurde, wenn die Erhöhung in der Anzahl an Rotationen des Tiegels zudem nach diesem Verfahren durchgeführt wurde.
Als ein Ergebnis wurde verstanden, dass, wenn nur das Magnetfeld auf die Siliziumschmelze angewendet wird und die Siliziumschmelze belassen wird, der gebildete Cristobalit während des Ziehschritts abblättert und der abgeblätterte Cristobalit die Fest-Flüssig-Kontaktfläche erreicht, während des Siliziumeinkristall-Wachstums, bevor er vollständig in der Siliziumschmelze aufgelöst wird, was somit zu der Erzeugung von Versetzung des Siliziumeinkristalls führt. Andererseits wurde herausgefunden, dass, wenn der Cristobalit geeigneterweise aufgelöst wird durch Durchführen von beispielsweise der Erhöhung der Anzahl an Rotationen des Tiegels, das Abblättern des Cristobalits unterdrückt werden kann und die Erzeugung von Versetzung des Siliziumeinkristalls nicht auftritt. Des Weiteren wird, selbst wenn der Cristobalit von dem Tiegel abblättert, der Cristobalit in der Siliziumschmelze aufgelöst, ohne dass er die Fest-Flüssig-Kontaktfläche des Siliziumeinkristalls erreicht, da eine Dicke des geeigneterweise aufgelösten Cristobalits klein ist, und die Erzeugung von Versetzung des Siliziumeinkristalls während des Wachstums tritt nicht auf.
Auf der Oberfläche des Tiegels, erhalten durch Anwenden des Magnetfelds, Belassen der Siliziumschmelze, Durchführen beispielsweise einer Erhöhung der Anzahl an Rotationen des Tiegels für eine lange Zeit, dem vollständigen Auflösen des Cristobalits, und dem Ziehen des Siliziumeinkristalls, wurde der braune Ring wieder beobachtet, und Spuren von Abblätterung des Cristobalits wurden nahe des Zentrums des braunen Rings beobachtet. Dies bedeutet, dass die gesamte Oberfläche des Tiegels in einem Zustand nahe dem anfänglichen amorphen Silizium zurückkehrt, wenn der Cristobalit vollständig aufgelöst wird und Nukleation, Wachstum und Abblätterung des Cristobalits zum Zeitpunkt des Ziehschritts wieder auftritt. Das heißt, es liegt nahe, dass neue Nukleation des Cristobalits kaum auftritt, wenn der Cristobalit auf der Oberfläche des Tiegels verbleibt, jedoch kann Nukleation auftreten, wenn die gesamte Oberfläche in dem amorphen Siliziumzustand ist. Daher wurde herausgefunden, dass, wenn der gesamte Cristobalit aufgelöst wird, die Erzeugung von Versetzung des Siliziumeinkristalls möglicherweise zum Zeitpunkt des nachfolgenden Ziehschritts auftritt.
Basierend auf dem obigen Wissen, haben die vorliegenden Erfinder daher die Erkenntnis erlangt, dass die Erzeugung der Versetzung des Siliziumeinkristalls, der sich in dem Wachstumsprozess befindet, unterdrückt ist, wenn der Oberflächenzustand des Tiegels vor dem Kristallziehschritt in einem Zustand ist, dass ein großer Teil der Oberfläche des Tiegels aus amorphem Silizium besteht und der gesprenkelte Cristobalit in dem amorphen Silizium in einem inselartigen Muster gebildet wird. Des Weiteren haben sie herausgefunden, dass der ideale Oberflächenzustand des Tiegels, dass der Cristobalit nicht abblättert und neue Nukleation des Cristobalits nicht auftritt, erreicht werden kann durch Anwenden eines Magnetfelds auf die Siliziumschmelze, Belassen der Siliziumschmelze, Bilden des Cristobalits auf der Oberfläche des Tiegels, und dann Durchführen beispielsweise einer Erhöhung in der Anzahl an Rotationen des Tiegels, um den Cristobalit geeigneterweise aufzulösen. Darüber hinaus haben sie herausgefunden, dass ein Zeitverlust nicht auftritt im Vergleich mit einem Fall, wo die Anwendung des Magnetfelds kontrolliert wird, und eine Belastung des Operators reduziert werden kann, da die Kontrolle über beispielsweise die Anzahl an Rotationen des Tiegels unmittelbar durchgeführt werden kann. Daher haben die vorliegenden Erfinder das Verfahren zur Herstellung von Siliziumeinkristall entdeckt, welches die Vermeidung der Erzeugung von Versetzung des Siliziumeinkristalls ermöglicht und sind auf die vorliegende Erfindung gestoßen. Einzelheiten der vorliegenden Erfindung werden nun nachfolgend beschrieben.
Ein Rohmaterial-Schmelzschritt gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Schritt des Schmelzens von polykristallinem Silizium, das in einem Tiegel angeordnet ist und Erhalten einer Siliziumschmelze. Bedingungen für diesen Schritt können im Einklang mit einer Menge des zu schmelzenden polykristallinen Siliziums, gewählt werden, und dieser Schritt kann, basierend auf allgemein durchgeführten Verfahren zum Schmelzen des polykristallinen Siliziums, durchgeführt werden.
Ein Cristobalitisierungsschritt gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Schritt des Belassens der Siliziumschmelze bei einer vorbestimmten Anzahl an Rotationen des Tiegels mit einer vorbestimmten Gasfließgeschwindigkeit und einem vorbestimmten Ofendruck und Herstellen von Cristobalit auf einer Oberfläche des Tiegels, während ein Magnetfeld nach dem Rohmaterial-Schmelzschritt angewendet wird. Basierend auf diesem Schritt reagiert der Tiegel mit der Siliziumschmelze und der Cristobalit wird auf einer Kontaktfläche des Tiegels und der Siliziumschmelze gebildet.
Als Bedingungen zum Belassen in diesem Fall ist es bevorzugt, die Anzahl an Rotationen des Tiegels auf 3 UpM oder weniger anzupassen, die Gasfließgeschwindigkeit auf 250 L/min oder weniger anzupassen, und den Ofendruck auf 80 hPa oder mehr anzupassen. Wenn eine solche Anpassung durchgeführt wird, wird der Cristobalit geeigneterweise hergestellt und die Erzeugung der Versetzung kann zudem vermieden werden. Zusätzlich ist die Anzahl der Rotationen des Tiegels, um den Tiegel gleichmäßig zu heizen, bevorzugt 0,1 UpM oder mehr. Des Weiteren, um ein Oxid vom Anheften auf eine Innerofen-Komponente abzuhalten, ist die Gasfließgeschwindigkeit bevorzugt 100 L/min oder mehr. Des Weiteren, um einen Druckabfall-Arbeitsgang durchzuführen, beträgt der Ofendruck bevorzugt 300 hPa oder weniger.
Darüber hinaus ist es bevorzugt, den Cristobalitisierungsschritt für eine Stunde oder mehr durchzuführen. Falls die Zeit des Anlegens eines Magnetfelds und Belassen der Siliziumschmelze eine Stunde oder mehr beträgt, ist es eine Zeit, die ausreichend ist, um den Cristobalit auf der Oberfläche des Tiegels zu bilden, und es ist auch eine Zeit, die ausreichend kurz ist, hinsichtlich der Effizienz, ohne unnötigerweise eine Totzeit, wo der Siliziumeinkristall nicht wächst, zu erhöhen.
Zusätzlich ist es bevorzugt, eine Maximalzeit für das Belassen der Siliziumschmelze nach dem Anlegen des Magnetfelds auf 10 Stunden einzustellen. Falls die Zeit des Belassens der Siliziumschmelze nach dem Anlegen des Magnetfelds 10 Stunden oder weniger beträgt, ist es möglich, eine Situation zu vermeiden, wo die Bildung des Cristobalits auf der Oberfläche des Tiegels zu stark voranschreitet und eine ausreichende Auflösung bei dem nachfolgenden Auflösungsschritt nicht durchgeführt werden kann.
Des Weiteren ist es bevorzugt, ein horizontales Magnetfeld als das in diesem Fall angewendete Magnetfeld anzuwenden und die Intensität des zentralen Magnetfelds auf 3000 Gauß oder mehr und 5000 Gauß oder weniger einzustellen. Falls die Intensität des zentralen Magnetfelds 3000 Gauß oder mehr beträgt, kann die Zeit des Belassens reduziert werden, was industriell effizient ist. Andererseits ist die Anwendung von 5000 Gauß oder mehr ausreichend.
Der Auflösungsschritt gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Schritt des teilweisen Auflösens des Cristobalits durch Durchführen eines beliebigen von einem Erhöhen der Anzahl an Rotationen des Tiegels, einem Erhöhen der Gasfließgeschwindigkeit und einem Reduzieren des Ofendrucks jenseits der entsprechenden Werte des Cristobalitisierungsschritts, um Cristobalit auf einer Oberfläche des Tiegels zu erzeugen, während ein Magnetfeld angelegt wird. Da der Cristobalit durch ein einfaches Verfahren teilweise aufgelöst wird, beispielsweise durch Erhöhen der Anzahl an Rotationen des Tiegels, wie oben beschrieben, ist es möglich, einen Fall zu vermeiden, wo die Belastung eines Operators ansteigt oder Fehler erhöht werden bei anderen komplizierten Schritten und dadurch Zeitverluste auftreten. Dieser Schritt ermöglicht, den Cristobalit, gebildet auf der Oberfläche des Tiegels, geeigneterweise aufzulösen und das Abblättern während des Ziehschritts zu unterdrücken, und daher kann die Erzeugung von Versetzung, die durch den Cristobalit entsteht, verhindert werden.
Es wird angemerkt, dass der Cristobalit bei diesem Schritt davon abgehalten wird, sich vollständig aufzulösen. Wenn der Cristobalit vollständig aufgelöst wird und die gesamte Oberfläche des Tiegels nahe dem Zustand des anfänglichen amorphen Siliziums wird, neigt die Nukleation des Cristobalits dazu, neu aufzutreten, falls das Magnetfeld bei dem Ziehschritt angewendet würde, und es besteht die Möglichkeit, dass der neu hergestellte Cristobalit während des Ziehschritt abgeblättert wird, und die Erzeugung von Versetzung auftritt.
Bei dem Auflösungsschritt ist es des Weiteren bevorzugt, das gleiche Magnetfeld anzuwenden wie das, das in dem Cristobalitisierungsschritt verwendet wurde. Wenn das gleiche Magnetfeld auf diese Weise angewendet wird, müssen eine Magnetisierung oder Entmagnetisierung des Magnetfelds, Intensitätskontrolle und Anderes nicht durchgeführt werden, und eine Totzeit, wo der Siliziumeinkristall nicht hergestellt wird, kann verkürzt werden. Zusätzlich ist es bevorzugt, dass die Intensität des Magnetfelds, die zu diesem Zeitpunkt angewendet wird, die gleiche ist wie die in dem Cristobalitisierungsschritt und es ist bevorzugt, ein horizontales Magnetfeld als das anzuwendende Magnetfeld anzuwenden und die Intensität des zentralen Magnetfelds auf 3000 Gauß oder mehr und 5000 Gauß oder weniger einzustellen. Ein derartiger Bereich ist industriell effizient.
In diesem Schritt ist es bevorzugt, die Anzahl an Rotationen des Tiegels auf 5 UpM oder mehr zu erhöhen, bevorzugt die Gasfließgeschwindigkeit auf 300 L/min oder mehr zu erhöhen und bevorzugt den Ofendruck auf 70 hPa oder weniger zu reduzieren. Wenn solch eine Anpassung durchgeführt wird, kann der Cristobalit geeigneterweise aufgelöst werden und die Erzeugung von Versetzung kann zudem vermieden werden.
Zusätzlich ist, wenn die Anzahl an Rotationen zu hoch ist, der Fortschritt der Auflösung zu schnell, geeignete Kontrolle über die Auflösung ist schwierig und daher sind 20 UpM oder weniger wünschenswert als die Anzahl an Rotationen des Tiegels. Des Weiteren ist, wenn die Fließgeschwindigkeit zu hoch ist, der Fortschritt der Auflösung zu schnell, die geeignete Kontrolle über die Auflösung wird schwierig, die Fließgeschwindigkeit muss hinsichtlich der Ökonomie nicht erhöht werden und daher sind 500 L/min oder weniger ausreichend als die Gasfließgeschwindigkeit. Des Weiteren ist, wenn der Druckabfall zu exzessiv durchgeführt wird, der Fortschritt der Auflösung zu schnell, die geeignete Kontrolle über die Auflösung wird schwierig und daher ist 10 hPa oder mehr als der Ofendruck bevorzugt.
Darüber hinaus ist die Zeit für den Auflösungsschritt bevorzugt eine Stunde oder mehr und neun Stunden oder weniger. Falls die Zeit des Auflösungsschritts eine Stunde oder mehr beträgt, kann die Auflösung ausreichend durchgeführt werden, sodass der Cristobalit nicht abgeblättert werden kann und, selbst falls der Cristobalit abgeblättert wird, ist der abgeblätterte Cristobalit ausreichend dünn, um in der Siliziumschmelze aufgelöst zu werden, bevor er die Fest-Flüssig-Kontaktfläche erreicht. Zusätzlich ist es möglich, falls die Zeit des Auflösungsschritts neun Stunden oder weniger beträgt, eine Situation zu vermeiden, wo der gesamte Cristobalit aufgelöst wird und eine neue Nukleation des Cristobalits auftritt.
Der Ziehschritt gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Schritt des In-Kontakt-Bringens eines Impfkristalls mit einer Schmelzenoberfläche der Siliziumschmelze nach dem Schmelzschritt und dessen Ziehen aufwärts, um den Siliziumeinkristall wachsen zu lassen. Dieser Schritt kann durch Einstellen der Bedingungen gemäß den Spezifikationen des zu ziehenden Siliziumeinkristalls durchgeführt werden und unter Verwendung eines allgemein verwendeten Siliziumeinkristall-Ziehverfahrens.
BEISPIELE
Die vorliegende Erfindung wird nun nachfolgend mit Bezug auf die Beispiele und Vergleichsbeispiele beschrieben, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die nachfolgenden Beispiele beschränkt.
[Beispiele 1-1 bis 1-13 und Vergleichsbeispiel 1]
Polykristallines Silizium, untergebracht in einem Tiegel, wurde geschmolzen, um eine Siliziumschmelze zu erhalten, die Siliziumschmelze wurde bei der Anzahl an Rotationen (UpM) des Tiegels, einer Gasfließgeschwindigkeit (L/min) und einem Ofendruck (hPa), gezeigt in Tabelle 1, belassen, während ein horizontales Magnetfeld mit einer Intensität des zentralen Magnetfelds von 4000 Gauß angelegt wurde, und Cristobalit wurde auf der Oberfläche des Tiegels erzeugt (ein Cristobalitisierungsschritt). Dann wurde die Anzahl an Rotationen des Tiegels, wie in Tabelle 1 gezeigt, erhöht, ohne die Gasfließgeschwindigkeit und den Ofendruck zu verändern und de Cristobalit wurde teilweise aufgelöst, während das gleiche horizontale Magnetfeld, ausgenommen in Vergleichsbeispiel 1, angelegt wurde (ein Auflösungsschritt). Zuletzt wurde ein Impfkristall in Kontakt mit einer Schmelzenoberfläche der Siliziumschmelze gebracht und aufwärts gezogen, wodurch ein Siliziumeinkristall mit einem Durchmesser von 300 mm wachsengelassen wurde. Tabelle 1 zeigt die Häufigkeit von erzeugter Versetzung, wenn 10 Stück des Siliziumeinkristalls unter den jeweiligen Bedingungen gezogen wurden. [Tabelle 1]
In Vergleichsbeispiel 1, wo der Cristobalitisierungsschritt alleine durchgeführt wird, erfuhren alle 10 Stück des Siliziumeinkristalls die Erzeugung einer Versetzung. Es kann angenommen werden, dass diese Erzeugung von Versetzung auftrat, weil der Cristobalit abgeblättert wurde, um die Erzeugung der Versetzung zu bewirken, da der Auflösungsschritt nicht durchgeführt wurde. Andererseits wurde die Anzahl der Häufigkeit der Erzeugung von Versetzung erfolgreich in Beispielen 1-1 bis 1-13 reduziert. Insbesondere zeigten Beispiele 1-1 bis 1-3, dass die Anzahl der Rotationen des Tiegels in dem Cristobalitisierungsschritt bevorzugt 3 UpM oder weniger war, und Beispiele 1-4 bis 1-7 zeigten, dass die Zeit des Cristobalitisierungsschritts bevorzugt eine Stunde oder mehr und 10 Stunden oder weniger betrug. Des Weiteren zeigten Beispiele 1-8 bis 1-9, dass die Anzahl der Rotationen des Tiegels in dem Auflösungsschritt bevorzugt 5 UpM oder mehr beträgt, und Beispiele 1-10 bis 1-13 zeigten, dass die Zeit des Auflösungsschritts bevorzugt eine Stunde oder mehr und neun Stunden oder weniger betrug.
Insbesondere ist es bevorzugt, basierend auf den obigen Ergebnissen, die Siliziumschmelze bei der Anzahl an Rotationen die 3 UpM oder weniger beträgt, für eine Stunde oder mehr zu belassen, um den Cristobalitisierungsschritt durchzuführen, und dann den Auflösungsschritt bei der Anzahl an Rotationen, die 5 UpM oder mehr beträgt, für eine Stunde oder mehr und neun Stunden oder weniger durchzuführen.
[Beispiele 2-1 bis 2-14 und Vergleichsbeispiel 2]
Polykristallines Silizium, aufgenommen in einem Tiegel, wurde geschmolzen, um eine Siliziumschmelze zu erhalten. Die Siliziumschmelze wurde bei der Anzahl von Rotationen (UpM) des Tiegels, einer Gasfließgeschwindigkeit (L/min), und einem Ofendruck (hPa), gezeigt in Tabelle 2, belassen, während ein horizontales Magnetfeld mit einer Intensität des zentralen Magnetfelds von 4000 Gauß angelegt wurde, und Cristobalit wurde auf der Oberfläche des Tiegels hergestellt (ein Cristobalitisierungsschritt). Dann wurde die Gasfließgeschwindigkeit, wie in Tabelle 2 gezeigt, erhöht, ohne die Anzahl an Rotationen des Tiegels und den Ofendruck zu verändern, und der Cristobalit wurde teilweise aufgelöst, während das gleiche horizontale Magnetfeld, mit der Ausnahme von Vergleichsbeispiel 2, angelegt wurde (ein Auflösungsschritt). Als letztes wurde ein Impfkristall mit einer Schmelzenoberfläche des Siliziums in Kontakt gebracht und aufwärts gezogen, wodurch ein Siliziumeinkristall mit einem Durchmesser von 300 mm gewachsen wurde. Tabelle 2 zeigt die Anzahl der Häufigkeit der erzeugten Versetzung, wenn 10 Stück des Siliziumeinkristalls unter den jeweiligen Bedingungen gezogen wurden. [Tabelle 2]
In Vergleichsbeispiel 2, wo der Cristobalitisierungsschritt alleine durchgeführt wird, erfuhren alle 10 Stück des Siliziumeinkristalls die Erzeugung einer Versetzung. Es kann angenommen werden, dass diese Erzeugung von Versetzung auftrat, weil der Cristobalit abgeblättert wurde, um die Erzeugung von Versetzung zu bewirken, da der Auflösungsschritt nicht durchgeführt wurde. Andererseits wurde die Anzahl der Häufigkeit der Erzeugung von Versetzung in Beispielen 2-1 bis 2-14 erfolgreich reduziert. Insbesondere Beispiele 2-1 bis 2-3 zeigten, dass die Gasfließgeschwindigkeit in dem Cristobalitisierungsschritt bevorzugt 250 L/min oder weniger war, und Beispiele 2-4 bis 2-8 zeigten, dass die Zeit des Cristobalitisierungsschritts bevorzugt eine Stunde oder mehr und 10 Stunden oder weniger war. Des Weiteren zeigten Beispiele 2-9 bis 2-10, dass die Gasfließgeschwindigkeit in dem Auflösungsschritt bevorzugt 300 L/min oder mehr war, und Beispiele 2-11 bis 2-14 zeigten, dass die Zeit des Auflösungsschritts bevorzugt eine Stunde oder mehr und neun Stunden oder weniger war.
Insbesondere ist es bevorzugt, basierend auf den obigen Ergebnissen, die Siliziumschmelze mit der Fließgeschwindigkeit von 250 L/min oder weniger für eine Stunde oder mehr zu belassen, um den Cristobalitisierungsschritt auszuführen und dann den Auflösungsschritt mit der Fließgeschwindigkeit von 300 L/min oder mehr für eine Stunde oder mehr und neun Stunden oder weniger durchzuführen.
[Beispiele 3-1 bis 3-15 und Vergleichsbeispiel 3]
Polykristallines Silizium, untergebracht in einem Tiegel, wurde geschmolzen, um eine Siliziumschmelze zu erhalten. Die Siliziumschmelze wurde bei der Anzahl an Rotationen (UpM) des Tiegels, einer Gasfließgeschwindigkeit (L/min), und einem Ofendruck (hPa), gezeigt in Tabelle 3, belassen, während ein horizontales Magnetfeld mit einer Intensität des zentralen Magnetfelds von 4000 Gauß angelegt wird, und Cristobalit wurde auf der Oberfläche des Tiegels hergestellt (ein Cristobalitisierungsschritt). Dann wurde der Ofendruck, wie in Tabelle 3 gezeigt, reduziert, ohne die Anzahl der Rotationen des Tiegels und die Gasfließgeschwindigkeit zu verändern und Cristobalit wurde teilweise aufgelöst, während das gleiche Magnetfeld, mit der Ausnahme von Vergleichsbeispiel 3, angelegt wurde (ein Auflösungsschritt). Zuletzt wurde ein Impfkristall in Kontakt mit einer Schmelzenoberfläche der Siliziumschmelze gebracht und aufwärts gezogen, wodurch ein Siliziumeinkristall mit einem Durchmesser von 300 mm gewachsen wurde. Tabelle 3 zeigt die Anzahl der Häufigkeit von erzeugter Versetzung, wenn 10 Stücke des Siliziumeinkristalls unter den jeweiligen Bedingungen gezogen wurden. [Tabelle 3]
In Vergleichsbeispiel 3, wo der Cristobalitisierungsschritt alleine durchgeführt wird, erfuhren alle 10 Stücke des Siliziumeinkristalls die Erzeugung von Versetzung. Es kann angenommen werden, dass diese Erzeugung von Versetzung auftrat, weil der Cristobalit abgeblättert wurde, um die Erzeugung von Versetzung zu bewirken, da der Auflösungsschritt nicht durchgeführt wurde. Andererseits wurde in Beispielen 3-1 bis 3-15 die Anzahl der Häufigkeit von der Erzeugung von Versetzung erfolgreich reduziert. Insbesondere zeigten Beispiele 3-1 bis 3-3, dass der Ofendruck im Cristobalitisierungsschritt bevorzugt 80 hPa oder mehr war, und Beispiele 3-4 bis 3-8 zeigten, dass die Zeit des Cristobalitisierungsschritts bevorzugt eine Stunde oder mehr und 10 Stunden oder weniger war. Des Weiteren zeigten Beispiele 3-9 bis 3-11, dass der Ofendruck in dem Auflösungsschritt bevorzugt 70 hPa oder weniger war, und Beispiele 3-12 bis 3-15 zeigten, dass die Zeit des Auflösungsschritts bevorzugt eine Stunde oder mehr und neun Stunden oder weniger war.
Insbesondere ist es bevorzugt, basierend auf den obigen Ergebnissen, die Siliziumschmelze mit dem Druck (geringes Vakuum) von 80 hPa oder mehr für eine Stunde oder mehr zu belassen, um den Cristobalitisierungsschritt durchzuführen und dann den Auflösungsschritt mit dem Druck (hohes Vakuum) von 70 hPa oder weniger für eine Stunde oder mehr und neun Stunden oder weniger auszuführen.
Es wird angemerkt, dass die Fälle, in denen die Erhöhung der Anzahl der Rotationen des Tiegels, der Erhöhung der Gasfließgeschwindigkeit, oder die Verringerung des Ofendrucks durchgeführt wurde, oben beschrieben worden sind, jedoch diese Erhöhungen oder Verringerung kombiniert werden können und der Auflösungsschritt in der vorliegenden Erfindung bewirkt werden kann. Des Weiteren muss, hinsichtlich des Magnetfelds, die gleiche Intensität des Magnetfelds nicht notwendigerweise in dem Cristobalitisierungsschritt und dem Auflösungsschritt verwendet werden.
Es wird angemerkt, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die vorhergehende Ausführungsform beschränkt ist. Die vorhergehende Ausführungsform ist lediglich ein illustratives Beispiel und ein Beispiel, das im Wesentlichen die gleiche Konfiguration aufweist und die gleichen Funktionen und Effekte, wie das technische Konzept, beschrieben in den Ansprüchen gemäß der vorliegenden Erfindung, ausübt, ist in dem technischen Schutz der vorliegenden Erfindung eingeschlossen.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Siliziumeinkristalls, wobei das Verfahren umfasst: einen Rohmaterial-Schmelzschritt des Schmelzens von polykristallinem Silizium, das in einem Tiegel befindlich ist, um eine Siliziumschmelze zu erhalten; und einen Ziehschritt des In-Kontakt-Bringens eines Impfkristalls mit einer Oberfläche der Schmelze der Siliziumschmelze und Hochziehen des Impfkristalls, um den Siliziumeinkristall wachsen zu lassen, wobei, nach dem Rohmaterial-Schmelzschritt und vor dem Ziehschritt, das Folgende durchgeführt wird: ein Cristobalitisierungsschritt des Belassens der Siliziumschmelze bei einer vorbestimmten Anzahl an Rotationen des Tiegels mit einer vorbestimmten Gasfließgeschwindigkeit und einem vorbestimmten Ofendruck, um Cristobalit auf einer Oberfläche des Tiegels zu erzeugen, während ein Magnetfeld angelegt wird; und ein Auflösungsschritt des teilweisen Auflösens des Cristobalits durch Ausführen von einem Beliebigen von einer Erhöhung der Anzahl der Rotationen des Tiegels, einer Erhöhung der Gasfließgeschwindigkeit und einer Reduzierung des Ofendrucks jenseits der entsprechenden Werte in dem Cristobalitisierungsschritt.
Das Verfahren zum Herstellen eines Siliziumeinkristalls gemäß Anspruch 1, wobei das gleiche Magnetfeld, wie das in dem Cristobalitisierungsschritt, bei dem Auflösungsschritt angelegt wird.
Das Verfahren zur Herstellung eines Siliziumeinkristalls gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Anzahl an Rotationen auf 3 UpM oder weniger bei dem Cristobalitisierungsschritt angepasst wird.
Das Verfahren zur Herstellung eines Siliziumeinkristalls gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Gasfließgeschwindigkeit auf 250 L/min oder weniger bei dem Cristobalitisierungsschritt angepasst wird.
Das Verfahren zur Herstellung eines Siliziumeinkristalls gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Ofendruck bei dem Cristobalitisierungsschritt auf 80 hPa oder mehr angepasst wird.
Das Verfahren zur Herstellung eines Siliziumeinkristalls gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Cristobalitisierungsschritt für eine Stunde oder mehr durchgeführt wird.
Das Verfahren zur Herstellung eines Siliziumeinkristalls gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Anzahl an Rotationen des Tiegels bei dem Auflösungsschritt auf 5 UpM oder mehr erhöht wird.
Das Verfahren zur Herstellung eines Siliziumeinkristalls gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Gasfließgeschwindigkeit bei dem Auflösungsschritt auf 300 L/min oder mehr erhöht wird.
Das Verfahren zur Herstellung eines Siliziumeinkristalls gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Ofendruck bei dem Auflösungsschritt auf 70 hPa oder weniger reduziert wird.
Das Verfahren zur Herstellung eines Siliziumeinkristalls gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Auflösungsschritt für eine Stunde oder mehr und neun Stunden oder weniger durchgeführt wird.
Das Verfahren zur Herstellung eines Siliziumeinkristalls gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das in dem Cristobalitisierungsschritt, dem Auflösungsschritt, oder sowohl dem Cristobalitisierungsschritt als auch dem Auflösungsschritt anzulegende Magnetfeld ein horizontales Magnetfeld ist, und die Intensität des zentralen Magnetfelds davon auf 3000 Gauß oder mehr und 5000 Gauß oder weniger eingestellt wird.