DE112013004069T5 - Vorrichtung zum Züchten eines Silizium-Einkristalls und Verfahren zum Züchten eines Silizium-Einkristalls - Google Patents

Vorrichtung zum Züchten eines Silizium-Einkristalls und Verfahren zum Züchten eines Silizium-Einkristalls Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Züchten eines Silizium-Einkristalls, basierend auf einem Czochralski-Verfahren zum Anordnen eines Graphit-Tiegels innerhalb einer Graphit-Heizvorrichtung zum Heizen und eines Quarz-Tiegels innerhalb des Graphit-Tiegels und Züchten eines Kristalls aus einer Rohmaterialschmelze, die den Quarz-Tiegel füllt, wobei die Vorrichtung zum Züchten eines Silizium-Einkristalls ein äußeres Wärme-isolierendes Element der Heizvorrichtung, die außerhalb der Graphit-Heizvorrichtung vorgesehen ist, ein unteres Wärme-isolierendes Element des Tiegels, das unterhalb des Graphit-Tiegels vorgesehen ist, ein oberes Wärme-isolierendes Element des Tiegels, das über dem geraden Körper des Graphit-Tiegels und des Quarz-Tiegels angeordnet ist, ein äußeres Wärme-isolierendes Element des Tiegels, das außerhalb des geraden Körpers des Graphit-Tiegels angeordnet ist, ein inneres Wärme-isolierendes Element des Tiegels, das innerhalb der geraden Körper des Graphit-Tiegels und des Quarz-Tiegels vorgesehen ist, und ein Wärme-abschirmendes Element, das oberhalb einer flüssigen Oberfläche der Rohmaterialschmelze vorgesehen ist, einschließt, wobei der Graphit-Tiegel und der Quarz-Tiegel in einen Raum, der von dem oberen Wärme-isolierenden Element des Tiegels, dem äußeren Wärme-isolierenden Element des Tiegels, und dem inneren Wärme-isolierenden Element des Tiegels eingeschlossen ist, nach oben und nach unten beweglich ist. Folglich kann die Vorrichtung zum Züchten eines Silizium-Einkristalls und ein Verfahren zum Züchten eines Silizium-Einkristalls Wärme-bewahrende Eigenschaften der flüssigen Oberfläche der Rohmaterialschmelze beibehalten und das Auftreten von Dislokationen aufgrund von, z. B. Verfestigung, wird bereitgestellt.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Züchten eines Silizium-Einkristalls und ein Verfahren zum Züchten eines Silizium-Einkristalls basierend auf dem Czochralski-Verfahren.
  • Stand der Technik
  • Viele Siliziumwafer werden in den Halbleiterindustrien verwendet und das Züchten eines Silizium-Einkristalls, welches ein Basismaterial davon ist, ist eine wichtige Technologie. Um den Silizium-Einkristall zu züchten, sind das Schmelzzonen(floating zone, FZ)-Verfahren zum lokalen Schmelzen eines Silizium-Ingots, um einen Einkristall durch Erhitzen unter Verwendung einer Induktionsspule um einen Einkristall zu bilden, und ein Czochralski(CZ)-Verfahren zum Schmelzen eines Silizium-Rohmaterials in einem Tiegel durch Erhitzen unter Verwendung einer Heizvorrichtung und Ziehen eines Einkristalls aus einer geschmolzenen Schmelze verfügbar. Der Tiegel in dem CZ-Verfahren weist im Allgemeinen eine Doppelstruktur, bestehend aus einem Quarz-Tiegel, hergestellt aus Silizium und Sauerstoff und einen Graphit-Tiegel, der den Quarz-Tiegel unterstützt, um zu verhindern, dass eine Form des Quarz-Tiegels aufgrund von Erweichung bei höheren Temperaturen kollabiert, auf. Gemäß dem CZ-Verfahren wird Sauerstoff, der aus dem Quarz-Tiegel eluiert wird, in Silizium in einem gewachsenen Kristall aufgenommen, und Sauerstoffpräzipitate werden in einem Wafer, der aus diesem Kristall geschnitten wurde, durch, z. B., eine Wärmebehandlung in einer Vorrichtung gebildet und bewirken einen Gettering-Effekt des Einfangens von Verunreinigungen während eines Vorrichtungsverfahrens. Des Weiteren wurde, da das Vergrößern eines Durchmessers relativ gesehen leichter ist in dem CZ-Verfahren als in dem FZ-Verfahren, das CZ-Verfahren zu Mainstream als ein Verfahren zum industriellen Züchten eines Silizium-Einkristalls.
  • Da die Bewegung von Elektronen oder Löchern es einer Vorrichtung, gebildet aus einem Siliziumwafer, ermöglicht betrieben zu werden, könnte eine Dislokation in dem Wafer ein Problem wie beispielsweise einem elektrischen Kriechstrom verursachen. Deshalb darf der Siliziumwafer, der als Rohmaterial zur Herstellung einer Vorrichtung dient, keine Dislokation aufweisen. Deshalb muss ein ursprünglicher Kristall, aus dem Siliziumwafer geschnitten werden sollen, ein Einkristall ohne Dislokationen sein. Da der Kristall bei hohen Temperaturen gezüchtet wird, gleiten die Dislokationen oder steigen an, wenn eine Dislokation während des Kristallwachstums auftritt, was in dem Auftreten von vielen Dislokationen resultiert. Da ein Wafer, der aus solch einem Kristall mit Dislokationen geschnitten wurde, viele Dislokationen einschließt, kann keine fortschrittliche Vorrichtung darauf hergestellt werden. Deshalb stellt das Auftreten von Dislokationen ein ernstes Problem in der Kristallzucht dar. Jedoch muss, obwohl Studien über die Jahre durchgeführt wurden, das Auftreten von Dislokationen erst noch vollständig vermieden werden.
  • Es wird in Betracht gezogen, dass die Gründe für das Auftreten von Dislokationen während des Kristallwachstums in dem CZ-Verfahren interne Spannung während dem Kristallwachstum, verschiedenste Arten von kaum löslichen Materialien und andere einschließen. Was die interne Spannung betrifft, die zu dem Auftreten von Dislokationen in einem Kristall beiträgt, erhöht beispielsweise das starke Ansteigen einer Wachstumsgeschwindigkeit des Kristalls die Verfestigungs-Umwandlungswärme, die erzeugt wird, wenn eine Flüssigkeit sich in einen Feststoff umwandelt und eine Kristallwachstumsgrenzfläche, welche eine Isotherme eines Schmelzpunkts ist, weist eine aufwärts herausstehende Form auf, um ein Ansteigen dessen Höhe zu bewirken. Wenn die Höhe der Kristallwachstumsgrenzfläche ansteigt, steigt ein Temperaturgradient in eine vertikale Richtung zu einer Kristallwachstumsachse an, was die Spannung in einem zentralen Teil des Kristalls erhöht. Es ist empirisch bekannt, dass die Erhöhung dieser Spannung oberhalb eines gewissen Levels zu dem Auftreten von Dislokationen führt. Um dieses Auftreten zu vermeiden, erniedrigt beispielsweise das Entfernen der erzeugten Verfestigungs-Umwandlungswärme durch verstärktes Kühlen des Kristalls die Höhe der Kristallwachstumsgrenzfläche und die Spannung kann konsequenter Weise verringert werden, um das Auftreten von Dislokationen zu verhindern. Ein einfacheres Verfahren ist es, die Verfestigungs-Umwandlungswärme durch Verringern einer Wachstumsgeschwindigkeit zu verringern. Im Allgemeinen wird ein Kristall gewöhnlicher Weise innerhalb der Grenzen von Wachstumsgeschwindigkeiten gezüchtet, die das Auftreten von Dislokationen aufgrund interner Spannung vermeiden und das Auftreten von Dislokationen aufgrund der internen Spannung ist kein besonders schwerwiegendes Problem.
  • Kaum lösliche Materialien als ein anderer Grund für das Auftreten von Dislokationen werden in Betracht gezogen eine Verunreinigung, abgeleitet von in-Ofen-Komponenten, z. B. ein Graphitmaterial, ein Wärme-isolierendes Element, oder ein Draht, der in dem Ofen vorliegt, SiO2, das bereitgestellt wird, wenn der Quarz-Tiegel teilweise delaminiert wird aufgrund von Kristallisations/Abbau/Luftblasen-Öffnung des Quarz-Tiegels, SiO, das zur Verfügung gestellt wird, wenn flüchtiges Siliziumoxid (SiO), resultierend aus einer Reaktion von Sauerstoff, der in eine Siliziumschmelze aus dem Quarz-Tiegel eluiert wird und Silizium an einen gekühlten Teil anhaftet und verfestigt wie an einer Spitze eines geraden Körpers des Tiegels oder einer Kammer und sie dann wiederum in die Rohmaterialschmelze fällt und Verfestigung der Rohmaterialschmelze verursacht aufgrund von Unebenheiten oder Fluktuationen der Temperaturen der Rohmaterialschmelze, einzuschließen. Beispielsweise können entwickelte Formen der in-Ofen-Komponenten relativ leicht eine Lösung für die Verunreinigung, abgeleitet unter anderem von den Komponenten, entwickeln.
  • Im Hinblick auf die Erzeugung der SiO2-kaum löslichen Materialien aufgrund des Abbaus des Quarz-Tiegels wird, beispielsweise, in Patentliteratur 1 eine Abbauverhinderung angewendet durch Anpassen eines internen Ofen-Drucks während des Betriebs. Des Weiteren sind verschiedenste Technologien offenbart, die die Qualität des Quarz-Tiegels selbst verbessern.
  • Was das Problem betrifft, dass das flüchtige SiO sich verfestigt und fällt, offenbart beispielsweise Patentliteratur 2 eine Technologie, die das flüchtige SiO oder ein Gas, wie beispielsweise CO oder CO2, erzeugt in einer Heizersektion unter Verwendung von z. B. einem Argongas, das von oben fließt durch Bereitstellen eines Zylinders (ein Gasflussführungszylinder), der einen Kristall und eine Manschette an einem unteren Ende davon umgibt, ausrichtet, was das Anheften von Komponenten oberhalb eines Tiegels verhindert. Darüber hinaus offenbart Patentliteratur 3, dass ein äußerer peripherer Teil einer Manschette sich zu einem oberen Teil eines geraden Körpers des Tiegels erstreckt, um einen oberen Endteil des gestreckten Körpers des Tiegels warmzuhalten, um SiO vom Anlagern abzuhalten. Zusätzlich, obwohl die Aufgabe unterschiedlich ist, offenbart Patentliteratur 4 eine Struktur, die eine Kombination eines inversen konischen Hitzeschildelements mit einem Hitzeisolator und einem äußeren Wärme-isolierenden Element eines geraden Körpers eines Tiegels ist, Patentliteraturen 5 und 6 offenbaren jeweils ein Wärme-isolierendes Element, das bis zu einer Position nahe eines geraden Körpers eines Tiegels oberhalb einer Hitzevorrichtung ragt und Patentliteratur 7 offenbart ein Hitzestrahlungsschild, das bis zu einem oberen Teil einer Seitenwand oder einer inneren Seite eines Tiegels ragt. Es wird angenommen, dass diese Patentliteraturen einen Effekt haben, um den geraden Körper des Tiegels warmzuhalten und SiO vom Anhaften abzuhalten.
  • Schließlich beschreibt beispielsweise Patentliteratur 8 bezüglich des Problems der Verfestigung der Rohmaterialschmelze eine Technologie von reflektierender Wärmestrahlung durch einen Wärme-Abschirm-Ring, um die nahe Umgebung einer Grenzfläche warmzuhalten. Des Weiteren offenbart Patentliteratur 9 eine Technologie des Warmhaltens eines Raumes unterhalb eines oberen Rings dadurch, dass der obere Warm-Ring über einem Quarz-Tiegel installiert ist, um das Unterdrücken der Verfestigung einer Rohmaterialschmelze zu ermöglichen.
  • Wie oben beschrieben, sind verschiedenste Maßnahmen für mehrere denkbare Gründe des Auftretens von Dislokationen bis hin zu Versuchen der Verhinderung getroffen worden. Jedoch schlägt das Anwenden dieser Maßnahmen zum vollständigen Unterdrücken des Auftretens von Dislokationen in einem Kristall fehl und Anstrengungen, das Auftreten von Dislokationen zu reduzieren, z. B. Modifikation des Quarz-Tiegels oder Optimierung von verschiedensten Betriebsbedingungen werden täglich fortgesetzt. Des Weiteren ist in den letzten Jahren das Wachstum der Nachfrage nach Kristallen, welche keinen Defekt haben, wenn die Kristalle gezüchtet werden, bedeutend geworden. Um defektfreie Kristalle zu züchten, muss ein Temperaturgradient innerhalb einer Kristallebene gleichförmig beibehalten werden. Um diesen Temperaturgradienten gleichförmig zu machen innerhalb der Kristallebene, wurde das Sicherstellen einer größeren Distanz zwischen dem Gasflussführungszylinder oder dem Wärme-Abschirm-Ring und einer flüssigen Oberfläche der Rohmaterialschmelze durchgeführt, Wärmezurückbehaltungseigenschaften der flüssigen Oberfläche der Rohmaterialschmelze werden konsequenter Weise verringert und die Rohmaterialschmelze wird verfestigt, was ein Grund für das Auftreten von Dislokaltionen ist.
  • Zitierungsliste
  • Patentliteratur
    • Patentliteratur 1: Japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichungsnr: Hei 5-9097
    • Patentliteratur 2: Japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichungsnr: Sho 64-65086
    • Patentliteratur 3: Japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichungsnr: Hei 9-183686
    • Patentliteratur 4: Japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichungsnr: Hei 6-340490
    • Patentliteratur 5: Japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichungsnr: 2001-10890
    • Patentliteratur 6: Japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichungsnr: Hei 9-278581
    • Patentliteratur 7: Japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichungsnr: 2000-119089
    • Patentliteratur 8: Japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichungsnr: Hei 5-105578
    • Patentliteratur 9: Japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichungsnr: Hei 5-221779
    • Patentliteratur 10: Japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichungsnr: 2012-148918
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Technisches Problem
  • Im Hinblick auf die oben beschriebenen Probleme ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zum Züchten von Silizium-Einkristallen und ein Verfahren zum Züchten von Silizium-Einkristallen bereitzustellen, die es ermöglichen, Wärmebeibehaltungseigenschaften einer flüssigen Oberfläche einer Rohmaterialschmelze beizubehalten und das Auftreten von Dislokationen aufgrund von Verfestigung und anderen zu unterdrücken, selbst wenn ein Abstand zwischen einem Gasflussführungszylinder oder einem Wärme-Abschirm-Element und der flüssigen Oberfläche der Rohmaterialschmelze groß ist.
  • Lösung des Problems
  • Um das Problem zu lösen wird, gemäß der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Züchten von Silizium-Einkristallen, basierend auf einem Czochralski-Verfahren, zum Anordnen eines Graphit-Tiegels innerhalb einer Graphit-Heizvorrichtung zum Heizen und eines Quarz-Tiegels innerhalb des Graphit-Tiegels und Züchten eines Kristalls aus einer Rohmaterialschmelze, die den Quarz-Tiegel füllt, bereitgestellt, wobei die Vorrichtung einschließt:
    ein äußeres wärmeisolierendes Element der Heizvorrichtung, das außerhalb der Graphit-Heizvorrichtung vorgesehen ist; ein unteres wärmeisolierendes Element des Tiegels, das unterhalb des Graphit-Tiegels vorgesehen ist; ein oberes wärmeisolierendes Element des Tiegels, das über geraden Körpern des Graphit-Tiegels und des Quarz-Tiegels vorgesehen ist; ein äußeres Wärme-isolierendes Element des Tiegels, welches außerhalb des geraden Körpers des Graphit-Tiegels platziert ist, wenn sich der Graphit-Tiegel nach oben bewegt; ein inneres Wärme-isolierendes Element des Tiegels, welches innerhalb der geraden Körper des Graphit-Tiegels und des Quarz-Tiegels vorgesehen ist; und ein Wärme-abschirmendes-Element, welches über einer flüssigen Oberfläche der Rohmaterialschmelze vorgesehen ist, wobei der Graphit-Tiegel und der Quarz-Tiegel in eine Kristallwachstumsachsenrichtung in einen Raum, der von dem oberen Wärme-isolierenden Element des Tiegels, dem äußeren Wärme-isolierenden Element des Tiegels, und dem inneren Wärme-isolierenden Element des Tiegels, eingeschlossen ist, aufwärts und abwärts bewegbar ist.
  • Eine derartige Vorrichtung zum Züchten eines Silizium-Einkristalls kann Wärmebeibehaltungseigenschaften der flüssigen Oberfläche einer Rohmaterialschmelze beibehalten und das Auftreten von Dislokationen aufgrund von Verfestigung oder ähnlichem unterdrücken, selbst wenn ein Abstand zwischen dem Gasflussführungszylinder oder dem Wärme-Abschirm-Element und der flüssigen Oberfläche der Rohmaterialschmelze groß ist.
  • Des Weiteren ist jedes von dem äußeren Wärme-isolierenden Element der Heizvorrichtung, dem unteren Wärme-isolierenden Element des Tiegels, dem oberen Wärme-isolierenden Element des Tiegels, dem äußeren Wärme-isolierenden Element des Tiegels, dem inneren Wärme-isolierenden Element des Tiegels und dem Wärme-Abschirm-Element bevorzugt aus Carbonfasern oder Glasfasern gefertigt und eine Oberfläche von jedem dieser Elemente ist vorzugsweise durch ein Graphitmaterial oder ein Quarzmaterial geschützt.
  • Die Verwendung von derartigen Wärme-isolierenden Elementen ermöglicht das Beibehalten der Hitzebeibehaltungseigenschaften in einem höheren Temperaturbereich, Unterdrücken der Verfestigung aufgrund einer Reaktion des Wärme-isolierenden Elements und Silizium und erzeugt kaum Verunreinigungen.
  • Des Weiteren ist es für einen Temperaturgradienten des Graphit-Tiegels bevorzugt in einer Kristallwachstumsachsenrichtung bei einer Höhe einer flüssigen Oberfläche der Rohmaterialschmelze 11°C/cm oder weniger zu sein.
  • Ein derartiger Temperaturgradient des Graphit-Tiegels kann einen kleinen Temperaturgradienten der Rohmaterialschmelze realisieren und die Anzahl des Auftretens von Dislokationen aufgrund Verfestigung der Rohmaterialschmelze verringern.
  • Zusätzlich stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Züchten von Silizium-Einkristall, basierend auf einem Czochralski-Verfahren zum Anordnen eines Graphit-Tiegels innerhalb einer Graphit-Heizvorrichtung zum Heizen und eines Quarz-Tiegels innerhalb des Graphit-Tiegels und Züchten eines Kristalls aus einer Rohmaterialschmelze, die den Quarz-Tiegel füllt, bereit, wobei der Kristall mit der Hilfe der oben beschriebenen Vorrichtung zum Züchten eines Silizium-Einkristalls gezüchtet wird.
  • Ein derartiges Verfahren zum Züchten eines Silizium-Einkristalls kann Wärme-Beibehaltungseigenschaften einer flüssigen Oberfläche der Rohmaterialschmelze beibehalten und den Silizium-Einkristall, der eine verringerte Anzahl des Auftretens von Dislokationen aufgrund von Verfestigung und anderen aufweist, bereitstellen, selbst wenn ein Abstand zwischen dem Gasflussführungszylinder oder dem Wärme-Abschirm-Element und der flüssigen Oberfläche der Rohmaterialschmelze groß ist.
  • Des Weiteren stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Züchten eines Silizium-Einkristalls, basierend auf einem Czochralski-Verfahren zum Anordnen eines Graphit-Tiegels innerhalb einer Graphit-Heizvorrichtung zum Heizen und eines Quarz-Tiegels innerhalb des Graphit-Tiegels und Züchten eines Kristalls aus einer Rohmaterialschmelze, die den Quarz-Tiegel füllt, zur Verfügung, wobei ein Temperaturgradient des Graphit-Tiegels in eine Kristallwachstumsachsenrichtung bei einer Höhe einer flüssigen Oberfläche der Rohmaterialschmelze auf 11°C/cm oder weniger eingestellt wird, um einen Silizium-Einkristall zu züchten.
  • Das Verfahren zum Züchten eines Silizium-Einkristalls unter Verwendung eines derartigen Temperaturgradienten des Graphit-Tiegels kann den Temperaturgradienten der Rohmaterialschmelze reduzieren und das Auftreten von Dislokationen aufgrund von Verfestigung der Rohmaterialschmelze sicher unterdrücken, unter Bereitstellung von Silizium-Einkristall.
  • Vorteilhafte Effekte der Erfindung
  • Die Vorrichtung zum Züchten des Silizium-Einkristalls und das Verfahren zum Züchten des Silizium-Einkristalls gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht das Beibehalten der Wärme-Rückbehaltungs-Eigenschaften der flüssigen Oberfläche der Rohmaterialschmelze und Unterdrücken des Auftretens von Dislokationen aufgrund von z. B., Verfestigung, selbst wenn ein Abstand zwischen dem Gasflussführungszylinder oder dem Wärme-Abschirm-Element und der flüssigen Oberfläche der Rohmaterialschmelze groß ist, um so den Silizium-Einkristall zur Verfügung zu stellen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel der Vorrichtung zum Züchten eines Silizium-Einkristalls gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 2 ist eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zum Züchten eines Silizium-Einkristalls der in Vergleichsbeispiel 1 verwendet wurde;
  • 3 ist eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zum Züchten eines Silizium-Einkristalls, verwendet im Vergleichsbeispiel 2;
  • 4 ist eine Querschnittsansicht, die eine Position zeigt, wo ein Temperaturgradient des Quarz-Tiegels berechnet wird in jedem von einem Beispiel und Vergleichsbeispielen; und
  • 5 ist ein Graph, der eine korrelierende Beziehung zwischen einem Temperaturgradienten und einem Ergebnis des Auftretens von Dislokationen zeigt, indizierend in jeweils dem Beispiel und den Vergleichsbeispielen.
  • Beschreibung der Ausführungsformen
  • Die vorliegende Erfindung wird nun noch spezifischer nachfolgend beschrieben werden.
  • Die vorliegenden Erfinder haben Umstände, wo Dislokationen unter verschiedensten Betriebsbedingungen auftreten, im Detail erforscht. Zunächst haben sie das Auftreten von Dislokationen im Einklang mit jeder Betriebsbedingung indiziert und verschiedenste Arten an Daten unter der Betriebsbedingung verglichen. Sie haben angenommen, dass ein Grund des Auftretens von Dislokationen, welche immer noch zu eliminieren sind, Verfestigung ist, bewirkt durch Fluktuationen in der Temperatur einer Rohmaterialschmelze und studierten eine wechselseitige Beziehung zwischen Temperaturen in der näheren Umgebung der Rohmaterialschmelze und verschiedensten Indices. In der Folge haben sie herausgefunden, dass ein Temperaturgradient des Quarz-Tiegels, insbesondere ein Temperaturgradient des Graphit-Tiegels in einer Kristallwachstumsachsenrichtung einer Höhe einer flüssigen Oberfläche der Rohmaterialschmelze und Indices des Auftretens von Dislokation eine Korrelation aufweisen und Dislokationen kaum auftreten, wenn der Temperaturgradient kleiner wird. Da ein großer Temperaturgradient des Graphit-Tiegels in einen größeren Bereich an Temperaturfluktuationen resultiert, wenn eine Temperatur der Rohmaterialschmelze fluktuiert, wird angenommen, dass Verfestigung noch leichter auftritt.
  • Um den Temperaturgradienten des Graphit-Tiegels sowie den Temperaturgradienten der Rohmaterialschmelze zu verringern, ist hier das Verringern des Wärmeverlusts von diesem wichtig. In einer Vorrichtung zum Züchten eines Silizium-Einkristalls, das das herkömmliche CZ-Verfahren anwendet, wird ein Wärme-isolierendes Element im Allgemeinen auf einer äußeren Seite einer Graphit-Heizvorrichtung angeordnet, um eine Verringerung des Wärmeverlusts der Graphit-Heizvorrichtung und des Graphit-Tiegels zu erreichen.
  • Zusätzlich haben die vorliegenden Erfinder herausgefunden, dass das Anordnen des Wärme-isolierenden Elements oben herum oder unterhalb gerader Körper des Graphit-Tiegels und des Quarz-Tiegels und intensives Rückbehalten von Wärme, das Reduzieren des Temperaturgradienten des Graphit-Tiegels in einer Kristallwachstumsachsenrichtung bei einer Höhe einer flüssigen Oberfläche der Rohmaterialschmelze ermöglicht.
  • Basierend auf dem oben beschriebenen Wissen, haben die vorliegenden Erfinder eine Idee erdacht, dass eine Vorrichtung zum Züchten eines Silizium-Einkristalls mit einem äußeren Wärme-isolierenden Element der Heizvorrichtung, das außerhalb der Graphit-Heizvorrichtung vorgesehen ist; einem unteren Wärme-isolierenden Element des Tiegels, das unterhalb eines Graphit-Tiegels vorgesehen ist; einem oberen Wärme-isolierenden Element des Tiegels, das über geraden Körpern des Graphit-Tiegels und des Quarz-Tiegels vorgesehen ist; einem äußeres Wärme-isolierenden Element des Tiegels, welches außerhalb des geraden Körpers des Graphit-Tiegels platziert ist, wenn sich der Graphit-Tiegel nach oben bewegt; einem inneren Wärme-isolierenden Element des Tiegels, welches innerhalb der geraden Körper des Graphit-Tiegels und des Quarz-Tiegels vorgesehen ist; und ein Wärme-abschirmendes Element, welches über einer flüssigen Oberfläche der Rohmaterialschmelze vorgesehen ist, welches einen Temperaturgradienten des Graphit-Tiegels in eine Kristallwachstumsachsenrichtung bei einer Höhe der flüssigen Oberfläche der Rohmaterialschmelze verringern kann und das Auftreten von Dislokationen in einem Einkristall folglich verbessert werden kann, was die vorliegende Erfindung zur Vervollständigung brachte.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung nun nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnungen im Detail beschrieben werden wird, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt.
  • 1 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel der Vorrichtung zum Züchten eines Silizium-Einkristalls gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Eigenschaften der vorliegenden Erfindung liegen in einer Technologie zum intensiven Warmhalten eines geraden Körpers eines Graphit-Tiegels. In einer Vorrichtung zum Züchten eines Silizium-Einkristalls, basierend auf dem CZ-Verfahren, wird ein Impfkristall in eine Rohmaterialschmelze 4, die einen Quarz-Tiegel 5 füllt, unterstützt durch einen Graphit-Tiegel 6, in eine Hauptkammer 1 eingetaucht, und dann ein Silizium-Einkristall-Ingot 3 aus der Rohmaterialschmelze 4 gezogen. Der Graphit-Tiegel 6 und der Quarz-Tiegel 5 können in eine Kristallwachstumsachsenrichtung nach oben und unten bewegt werden und sie werden nach oben gezogen, um das Absinken einer flüssigen Oberfläche der Rohmaterialschmelze 4, die aufgrund der Kristallisation während des Kristallwachstums reduziert wird, zu kompensieren. Somit wird, wenn eine Länge des Einkristall-Ingots 3, welche in einem Wachstumsverfahren länger wird, ein oberes Ende eines geraden Körpers des Graphit-Tiegels 6 an einen Kühlzylinder 10, gekühlt durch, z. B. Kühlwasser in einem oberen Teil oder zu einem Deckenteil der Hauptkammer 1 näher und Wärmeverlust von diesem Teil steigt an. Um dies zu verhindern, wird in der vorliegenden Erfindung ein unteres Wärme-isolierendes Element 14 des Tiegels, ein oberes Wärme-isolierendes Element 15 des Tiegels, ein äußeres Wärme-isolierendes Element 16 des Tiegels und ein inneres Wärme-isolierendes Element 17 eines Tiegels sowie ein äußeres Wärme-isolierendes Element der Heizvorrichtung auf der äußeren Seite der Graphit-Heizvorrichtung 7 vorgesehen, und ein Raum, in dem der Graphit-Tiegel 6 und der Quarz-Tiegel 5 in Kristallwachstumsachsenrichtung nach oben und unten bewegt werden kann, wird auf der inneren Seite des oberen Wärme-isolierenden Elements 15 des Tiegels, dem äußeren Wärme-isolierenden Element 16 des Tiegels und dem inneren Wärme-isolierenden Element 17 des Tiegels gebildet, um Wärme des geraden Körpers des Graphit-Tiegels 6 beizubehalten, was den Wärmeverlust dieses Teils reduziert.
  • Es ist anzumerken, dass das untere Wärme-isolierende Element 14 des Tiegels den Wärmeverlust von dem Graphit-Tiegel 6 zu der unteren Seite hin reduziert. Wenn der Wärmeverlust des Graphit-Tiegels 6 zu der unteren Seite groß wird, steigt die Leistung der Graphit-Heizvorrichtung 7 an, um den Wärmeverlust zu kompensieren, ein Temperaturgradient des Graphit-Tiegels 6 steigt folglich an und daher ist das untere Wärme-isolierende Element 14 des Tiegels notwendig, welches diesen Wärmeverlust reduziert.
  • Darüber hinaus ist ein Hitze-Abschirm-Element 12, welches ein Hitze-Isoliermittel, hergestellt aus Carbonfasern oder Glasfasern, in der Nähe einer Grenzfläche zwischen der Rohmaterialschmelze 4 und dem Silizium-Einkristall-Ingot 3 angeordnet, um den Silizium-Einkristall-Ingot 3 zu umgeben. Dieses Hitze-Abschirm-Element 12 kann Strahlungswärme von der Rohmaterialschmelze 4 zu dem wachsenden Silizium-Einkristall-Ingot 3 unterdrücken. Obwohl ein Material des Hitze-Abschirm-Elements 12 nicht besonders beschränkt ist, ist ein Hitze-Isoliermittel verfügbar, welches durch beispielsweise Graphit, Molybdän, Wolfram, Siliziumcarbid, oder ein Material, welches durch Abdecken einer Oberfläche des Graphits mit Siliziumcarbid bereitgestellt wird, geschützt ist.
  • Die oben beschriebene Struktur kann den Wärmeverlust als einen ersten Vorteil reduzieren und sie kann auch flüchtiges Siliziumoxid (SiO) vom Anheften an eine obere Seite des Tiegels als einen weiteren Vorteil unterdrücken. Wie oben beschrieben, heftet sich das flüchtige SiO an und verfestigt auf einem gekühlten Teil und es fällt in die Rohmaterialschmelze, um Dislokationen zu bewirken. Jedoch eliminiert das Abdecken der oberen Seite des Graphit-Tiegels und des Quarz-Tiegels mit dem oberen Wärme-isolierenden Element des Tiegels Teile mit geringerer Temperatur über dem Graphit-Tiegel und dem Quarz-Tiegel und SiO kann dadurch vom Anheften abgehalten werden. Darüber hinaus wird das SiO zu der unteren Seite in einem Strom von Ar-Gas getragen, welches aus einem Gaseinlass 9 fließt und in eine Vakuumpumpe gesogen wird, die vor einem Gasauslass 8 vorgesehen ist, über einen Gasflussführungszylinder 11, wodurch es vom Anheften an Teile über der Rohmaterialschmelze 4 abgehalten wird.
  • Darüber hinaus ist jedes der oben erwähnten Wärme-isolierenden Elemente bevorzugt ein Hitze-Isolator, der bei hohen Temperaturen verwendet werden kann, z. B. Carbonfasern oder Glasfasern. Jedoch neigt eine Oberfläche von einem derartigen Wärme-isolierenden Element dazu Staub zu produzieren, wenn sie faserartig ist, wenn das Wärme-isolierende Element abgebaut wird und das Wärme-isolierende Element kann mit Silizium reagieren, um zu verkieseln. Daher ist es erforderlich, die Silizifizierung des Wärme-isolierenden Elements zu unterdrücken, die Oberfläche mit einem Material zu schützen, welches bei hohen Temperaturen stabil ist, z. B. ein tafelförmiges Graphitmaterial oder Quarzmaterial, ist weiter bevorzugt. In dem Fall des Schützens der Oberfläche von jedem Wärme-isolierenden Element mit dem Graphitmaterial oder dem Quarzmaterial kann das gesamte Wärme-isolierende Element umgeben und geschützt sein oder eine Oberfläche desselben in der Nähe der Rohmaterialschmelze, welche leicht verkieselt und zu einem Problem führt, wenn Fasern dort hineinfallen, kann alleine geschützt werden.
  • Das Züchten eines Kristalls unter Verwendung der Vorrichtung zum Züchten eines Silizium-Einkristalls mit der oben beschriebenen Ausstattung und mit einem Temperaturgradienten des Graphit-Tiegels 6 in der Kristallwachstumsachsenrichtung bei einer Höhe der flüssigen Oberfläche der Rohmaterialschmelze 4, der 11°C/cm oder weniger ist, ermöglicht das Reduzieren der Anzahl des Auftretens von Dislokationen.
  • Hierin ist der Temperaturgradient des Graphit-Tiegels in der Kristallwachstumsachsenrichtung bei einer Höhe der flüssigen Oberfläche der Rohmaterialschmelze ein Wert, erhalten durch eine Temperaturanalysesimulation so wie beispielsweise FEMAG. Eine Position, bei der ein Temperaturgradient spezifisch erhalten wurde, ist ein Teil, der durch ”A” in 4 angezeigt ist.
  • Als ein Index der Unterdrückung des Auftretens von Verfestigung der Rohmaterialschmelze wird im Wesentlichen ein Temperaturgradient der Rohmaterialschmelze verwendet anstatt der Temperaturgradient des Graphit-Tiegels oder des Quarz-Tiegels und dessen Wert sollte reduziert werden, jedoch variiert ein Gradienten-Wert in einer Rohmaterialschmelze-Temperaturberechnung in der Simulation stark, abhängig davon, ob Konvektion als eine natürliche Konvektion oder erzwungene Konvektion in Betracht gezogen werden sollte und daher ist die Verwendung des Temperaturgradienten der Rohmaterialschmelze als Index schwierig. Deshalb wird der Temperaturgradient des Graphit-Tiegels oder des Quarz-Tiegels, der proportional zu dem Temperatur-Gradienten der Rohmaterialschmelze ist, insbesondere der Temperaturgradient des Graphit-Tiegels mit guter thermischer Leitfähigkeit, als der Index verwendet. Im Fall des Quarz-Tiegels, da thermische Leitfähigkeit des Quarzmaterials unterschiedlich ist zu dem des Quarz-Tiegels, muss der Temperaturgradient des Quarz-Tiegels auf einen Wert gesetzt werden, der sich von dem oben beschriebenen Wert unterscheidet, wenn der Temperaturgradient als der Index verwendet wird.
  • Es ist anzumerken, dass ein Wert des Temperaturgradienten des Graphit-Tiegels in der Kristallwachstumsachsenrichtung bei der Höhe der flüssigen Oberfläche der Rohmaterialschmelze ein Temperaturgradient ist, entlang dessen sich eine Temperatur von der unteren Seite hin zu der oberen Seite verringert und in Erwiderung auf eine Änderung in den physikalischen Eigenschaften, z. B. thermische Leitfähigkeit oder Emissivität des Graphitmaterials, das den Graphit-Tiegel bildet, fluktuiert. Deshalb wird die Simulation durchgeführt, wobei diese Dinge in Betracht gezogen werden.
  • Zusätzlich ist es ideal, in dem Fall des Anordnens der jeweiligen Wärme-isolierenden Elemente, diese Wärme-isolierenden Elemente eng anzuordnen, um den Graphit-Tiegel, den Quarz-Tiegel und die Graphit-Heizvorrichtung zu umgeben. Jedoch ist es in der Realität aus verschiedensten Gründen schwierig, jedes Wärme-isolierende Element eng anzuordnen, z. B. für die Erleichterung der Aufwärts- oder Abwärtsbewegung des Quarz-Tiegels und der Graphit-Heizvorrichtung, Erleichterung des Einstellens oder Erleichterung des Beobachtens des Inneren des Ofens. Deshalb können unterschiedliche Arten von Wärme-isolierenden Elementen, die oben erwähnt sind, mit z. B. Spalten versehen werden, solange der oben beschriebene Temperaturgradient erfüllt ist. Des Weiteren können einige der verschiedenen Wärme-isolierenden Elemente aufgeteilt oder kombiniert werden, um die Anzahl an Komponenten zu reduzieren oder zu erhöhen.
  • Des Weiteren ist eine größere Dicke von jedem der Wärme-isolierenden Elemente bevorzugt. Jedoch kann diese nicht unbeschränkt erhöht werden aus den oben beschriebenen Gründen oder aufgrund der Beschränkungen, wie einer Größe der Hauptkammer. Selbst in so einem Fall kann die Dicke geeigneter Weise ausgewählt werden soweit der oben beschriebene Temperaturgradient erfüllt ist.
  • Darüber hinaus kann die Vorrichtung zum Züchten des Silizium-Einkristalls gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer anderen Technologie, basierend auf dem CZ-Verfahren, kombiniert werden, falls die Kombination mit der Ausrüstung kompatibel ist. Beispielsweise kann die Vorrichtung kombiniert werden mit z. B. einer Technologie, wie in Patentliteratur 10 offenbart, die die Kühlbarkeit eines Kühlzylinders verbessert, eine Ziehrate auf eine hohe Geschwindigkeit einstellt, wodurch die Produktivität und eine Ausbeutegeschwindigkeit eines Silizium-Einkristalls verbessert wird und Energieverbrauch unterdrückt wird.
  • In dem Verfahren zum Züchten eines Silizium-Einkristalls gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Temperaturgradient des Graphit-Tiegels in der Kristallwachstumsachsenrichtung bei einer Höhe der flüssigen Oberfläche der Rohmaterialschmelze auf 11°C/cm oder weniger, vorzugsweise 10°C/cm oder weniger eingestellt, um einen Silizium-Einkristall zu züchten.
  • Ein Verfahren zum Einstellen des Temperaturgradienten des Graphit-Tiegels in der Kristallwachstumsachsenrichtung bei der Höhe der flüssigen Oberfläche der Rohmaterialschmelze auf 11°C/cm oder weniger kann die Verwendung der Vorrichtung zum Züchten des Silizium-Einkristalls mit der Ausrüstung zum intensiven Warmhalten des geraden Körpers und des unteren Teils des Graphit-Tiegels einschließen. Die Verwendung von dieser Vorrichtung ermöglicht das Reduzieren des Temperaturgradienten der Rohmaterialschmelze und Bereitstellen eines Silizium-Einkristalls, indem das Auftreten von Dislokationen aufgrund der Verfestigung der Rohmaterialschmelze sicher unterdrückt wird.
  • Solch ein Verfahren zum Züchten eines Silizium-Einkristalls ist ein Verfahren, das auf der Basis des CZ-Verfahrens durchgeführt wird und es kann durchgeführt werden durch, z. B. ein Magnetfeld anwendendes CZ(MCZ)-Verfahren zum Anwenden eines Magnetfelds auf die Rohmaterialschmelze, um einen Silizium-Kristall zu züchten.
  • Beispiele
  • Obwohl die vorliegende Erfindung nun noch spezifischer mit Bezug auf ein Beispiel und Vergleichsbeispiele nachfolgend beschrieben werden wird, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt.
  • (Vergleichsbeispiel 1)
  • Viele 300-mm-Kristalle (eine tatsächliche Dicke ist näherungsweise 305 bis 307 mm) wurden in einem Tiegel mit einem Durchmesser von 32 Zoll (813 mm) unter Verwendung einer Vorrichtung zum Züchten eines Silizium-Einkristalls, gezeigt in 2, gezüchtet. Obwohl die Vorrichtung, gezeigt in 2, ein äußeres Wärme-isolierendes Element 113 und ein dünnes unteres Wärme-isolierendes Element 114 des Tiegels aufweist, hat es kein Wärme-isolierendes Element, welches die geraden Körper oder unteren Teile eines Graphit-Tiegels 106 und eines Quarz-Tiegels 105 warmhält.
  • (Vergleichsbeispiel 2)
  • Viele 300-mm-Kristalle (eine tatsächliche Dicke ist näherungsweise 305 bis 307 mm) wurden in einem Tiegel mit einem Durchmesser von 32 Zoll (813 mm) unter Verwendung einer Vorrichtung zum Züchten eines Silizium-Einkristalls, gezeigt in 3, gezüchtet. Die Vorrichtung in 3 weist ein äußeres Wärme-isolierendes Element 213 der Heizvorrichtung, ein dünnes unteres Wärme-isolierendes Element 214 des Tiegels und ein großes Hitze-Abschirmungs-Element 212, bereitgestellt innerhalb eines Quarz-Tiegels 205, auf und es hat auch ein kleines Hitze-Abschirm-Element 216, das außerhalb eines Graphit-Tiegels 206 vorgesehen ist, um dem vorherigen gegenüber zu sein. Jedoch hat die Vorrichtung kein oberes Wärme-isolierendes Element des Tiegels und kein inneres Wärme-isolierendes Element des Tiegels.
  • (Forschung)
  • Umstände des Auftretens von Dislokationen, wenn viele Kristalle gezüchtet wurden, wurden in den oben beschriebenen Vergleichsbeispielen indiziert. Die Wichtigkeit des Auftretens von Dislokationen variiert abhängig von Positionen, wo Dislokationen auftreten ungeachtet der gleichen Art des Auftretens von Dislokationen. Beispielsweise treten Dislokationen in einem geraden Körper nicht auf, wenn ein Silizium-Einkristall-Ingot von 170 cm gezüchtet wurde, jedoch traten Dislokationen auf in einem Endteil des Endstücks und ein anfänglich gestaltetes Produkt kann vollständig zur Verfügung gestellt werden, falls ein Zurückrutschen nicht den geraden Körper erreicht. Jedoch kann, beispielsweise wenn ein Einkristall-Ingot von 170 cm gleichermaßen gezüchtet wurde, das Auftreten von Dislokationen bei einer Position von 120 cm im geraden Körper und ein Zurückrutschen von näherungsweise 40 cm bewirken, dass ein resultierendes Produkt eine Länge aufweist, die näherungsweise die Hälfte von 170 cm ist, was die ursprünglich gestaltete Länge ist. Somit wurde, um die Wichtigkeit des Auftretens von Dislokationen widerzuspiegeln, der folgende Dislokations-Auftretungs-Index zur Verfügung gestellt.
  • Eine ursprünglich gestaltete Produktlänge wird als 100 festgelegt und eine tatsächlich erhaltene Produktlänge wird in % dargestellt. Das bedeutet, dass der Dislokations-Auftretungs-Index = (die erhaltene Produktlänge/die gestaltete Produktlänge) × 100 definiert wird. Ein Ergebnis, das durch Mitteln solcher Längen in allen gezüchteten Kristallen zur Verfügung gestellt wird, wird als der Dislokations-Auftretungs-Index bestimmt. Beispielsweise ist der Dislokations-Auftretungs-Index (100 × 9 + 50 × 1)/10 = 95 unter der Annahme, dass 9 von 10 Kristallen keine Dislokation haben und ein Kristall mit Dislokationen darin die Hälfte der Produktlänge aufweist.
  • Der Dislokations-Auftretungs-Index, erhalten in Vergleichsbeispiel 1, ist ein Wert, der so sehr gering wie 64 ist. Andererseits ist der Gegenwert im Vergleichsbeispiel 2 88, was ein leicht geringerer Wert ist. Des Weiteren ist im Vergleichsbeispiel 1 die Anzahl des Auftretens von Dislokationen groß und viele Dislokationen wurden in einer vorderen Hälfte des geraden Körpers beobachtet. Andererseits hatte Vergleichsbeispiel 2 eine kleinere Anzahl des Auftretens an Dislokationen als Vergleichsbeispiel 1, jedoch wurden die Dislokationen hauptsächlich in der letzteren Hälfte des geraden Körpers beobachtet. Als Grund dafür wird in Betracht gezogen, dass in Vergleichsbeispiel 2 das nach oben Vorstehen des oberen Endes der geraden Körper des Graphit-Tiegels und des Quarz-Tiegels durch eine Region, wo Hitze durch das Hitze-Abschirm-Element rückbehalten wird und das äußere Wärme-isolierende Element des Tiegels in der letzteren Hälfte des geraden Körpers des Silizium-Einkristall-Ingots den oberen Endteil des Quarz-Tiegels kühlte, um SiO zu präzipitieren oder den Temperaturgradienten des Quarz-Tiegels zu erhöhen.
  • Unter diesen Bedingungen, wo die Dislokations-Auftretungs-Indices abweichen, wurde eine Korrelation zwischen unterschiedlichen Punkten und verschiedensten Parametern untersucht. Insbesondere wurde, wenn Wärmeverlust von jedem von dem Graphit-Tiegel und dem Quarz-Tiegel aufgrund einer Differenz hinsichtlich wie Dislokationen auftreten unter Bedingungen von Vergleichsbeispiel 1 und Vergleichsbeispiel 2 ansteigen eine geringere Temperaturfluktuation angenommen, um Verfestigung zu bewirken und zum Auftreten von Dislokationen zu führen. Daher wurde die Relevanz zwischen der Rohmaterialschmelze und dem Temperaturgradienten des Graphit-Tiegels, bereitgestellt durch FEMAG, geprüft und eine starke Korrelation wurde folglich beobachtet. Ein Temperaturgradient-Wert des Graphit-Tiegels ist 14,6°C/cm in Vergleichsbeispiel 1 und der gleiche beträgt 11,8°C/cm in Vergleichsbeispiel 2. Es ist anzumerken, dass ein Berechnungswert als der Temperaturgradient verwendet wurde, wenn der gerade Körper des Silizium-Einkristalls auf 100 cm gezüchtet wurde (siehe 4). Mit der Ausnahme des Timens direkt nach dem Start des Züchtens des geraden Körpers oder einem Fall, wo eine Situation sich extrem verändert, ändert sich der Temperaturgradient nicht stark, wobei das Berechnen der Temperaturgradienten bei typischen Positionen einen Vergleich ermöglicht. Beim Vergleichen von beiden Temperatur-Gradient-Werten kann angenommen werden, dass Wärmeverlust hin zu dem oberen Teil durch den geraden Körper des Graphit-Tiegels in jedem Vergleichsbeispiel erzeugt wurde, Verfestigung wurde dadurch bewirkt und viele Dislokationen traten auf.
  • (Beispiel)
  • Basierend auf den oben beschriebenen Ergebnissen wurde eine Vorrichtung, wie in 1 gezeigt, hergestellt. Diese Vorrichtung wies ein dickeres unteres Wärme-isolierendes Element 14 des Tiegels auf als die Vorrichtung von 3, die in Vergleichsbeispiel 2 verwendet wurde, und besaß auch ein oberes Wärme-isolierendes Element 15 des Tiegels, ein äußeres Wärme-isolierendes Element 16 des Tiegels und ein inneres Wärme-isolierendes Element 17 des Tiegels, angeordnet in einem Teil, zu dem sich die Tiegel 5 und 6 nach oben bewegen und behalten auch Wärme der geraden Körper des Graphit-Tiegels 6 und des Quarz-Tiegels 5, die sich nach oben bewegen, zurück, wodurch eine Verringerung in dem Wärmeverlust erreicht wird. Ein Temperaturgradient des Graphit-Tiegels bei einer Höhe einer flüssigen Oberfläche einer Rohmaterialschmelze in dem Beispiel ist so sehr klein wie 6,6°C/cm, welches ein Wert ist, der kleiner oder gleich 11°C/cm ist.
  • Zahlreiche Kristalle wurden unter den Bedingungen des Beispiels gezüchtet. Als ein Ergebnis war der Dislokations-Auftretungs-Index 97, welches einen sehr guten Wert darstellt. Es kann angenommen werden, dass der Temperaturgradient des Graphit-Tiegels bei dieser Höhe der flüssigen Oberfläche der Rohmaterialschmelze durch Verringern des Wärmeverlusts des Graphit-Tiegels abfiel und die Anzahl des Auftretens von Dislokationen aufgrund Verfestigung reduziert wurde. 5 zeigt eine Ansicht, in der die Forschungsergebnisse einschließlich der oben erwähnten Vergleichsbeispiele und ein Ergebnis des Beispiels abgebildet sind. Es kann verstanden werden, dass der Temperaturgradient des Graphit-Tiegels und der Dislokations-Auftretungs-Index korrelieren. Es wurde von der in 5 gezeigten Korrelation herausgefunden, dass der Dislokations-Auftretungs-Index sicher 90 oder mehr wird durch Einstellen des Temperaturgradienten des Graphit-Tiegels auf 11°C/cm oder weniger und eine Ausgabe entsprechend zu 90% oder mehr einer anfänglich eingestellten Produktmenge kann sicher sichergestellt werden. Man kann sagen, dass dies eine Zahl ist, die eine stabile Produktion von CZ-Einkristall-Herstellung ermöglicht, mit einer Neigung zu dem Verringern einer Ausgabemenge aufgrund des Auftretens von Dislokationen und eine Fluktuation in der Menge der Produkte bewirkt.
  • Das Obige hat gezeigt, dass die Verwendung der Vorrichtung zum Züchten des Silizium-Einkristalls und das Verfahren zum Züchten des Silizium-Einkristalls gemäß der vorliegenden Erfindung das Beibehalten von Wärme-Rückbeibehaltungseigenschaften der flüssigen Oberfläche der Rohmaterialschmelze ermöglicht und das Auftreten von Dislokationen aufgrund Verfestigung und anderem unterdrückt.
  • Es ist anzumerken, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die vorangegangene Ausführungsform beschränkt ist. Die vorangegangene Ausführungsform ist ein veranschaulichendes Beispiel und jegliches Beispiel, das im Wesentlichen die gleiche Struktur aufweist und die gleichen Funktionen und Effekte wie in dem technischen Konzept, beschrieben in den Ansprüchen der vorliegenden Erfindung, ausübt, in den technischen Schutzbereich der vorliegenden Erfindung eingeschlossen ist.

Claims (5)

  1. Vorrichtung zum Züchten eines Silizium-Einkristalls, basierend auf einem Czochralski-Verfahren zum Anordnen eines Graphit-Tiegels innerhalb einer Graphit-Heizvorrichtung zum Heizen und eines Quarz-Tiegels innerhalb des Graphit-Tiegels und Züchten eines Kristalls aus einer Rohmaterialschmelze, die den Quarz-Tiegel füllt, wobei die Vorrichtung umfasst: ein äußeres Wärme-isolierendes Element der Heizvorrichtung, das außerhalb der Graphit-Heizvorrichtung vorgesehen ist; ein unteres Wärme-isolierendes Element des Tiegels, das unterhalb des Graphit-Tiegels vorgesehen ist; ein oberes Wärme-isolierendes Element des Tiegels, das über geraden Körpern des Graphit-Tiegels und des Quarz-Tiegels vorgesehen ist; ein äußeres Wärme-isolierendes Element des Tiegels, welches außerhalb des geraden Körpers des Graphit-Tiegels platziert ist, wenn sich der Graphit-Tiegel nach oben bewegt; ein inneres Wärme-isolierendes Element des Tiegels, welches innerhalb der geraden Körper des Graphit-Tiegels und des Quarz-Tiegels vorgesehen ist; und ein Wärme-abschirmendes Element, welches über einer flüssigen Oberfläche der Rohmaterialschmelze vorgesehen ist, wobei der Graphit-Tiegel und der Quarz-Tiegel in eine Kristallwachstumsachsenrichtung in einen Raum, der von dem oberen Wärme-isolierenden Element des Tiegels, dem äußeren Wärme-isolierenden Element des Tiegels, und dem inneren Wärme-isolierenden Elements des Tiegels eingeschlossen ist, aufwärts und abwärts bewegbar ist.
  2. Die Silizium-Einkristall-Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei jedes von dem äußeren Wärme-isolierenden Element der Heizvorrichtung, dem unteren Wärme-isolierenden Element des Tiegels, dem oberen Wärme-isolierenden Element des Tiegels, dem äußeren Wärme-isolierenden Element des Tiegels, dem inneren Wärme-isolierenden Element des Tiegels und dem Wärme-abschirmenden Element aus Carbonfasern oder Glasfasern hergestellt ist, und eine Oberfläche von jedem von dem äußeren Wärme-isolierenden Element der Heizvorrichtung, dem unteren Wärme-isolierenden Element des Tiegels, dem oberen Wärme-isolierenden Element des Tiegels, dem äußeren Wärme-isolierenden Element des Tiegels, dem inneren Wärme-isolierenden Element des Tiegels und dem Wärme-abschirmenden Element durch ein Graphitmaterial oder ein Quarzmaterial geschützt ist.
  3. Die Silizium-Einkristall-Züchtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Temperaturgradient des Graphit-Tiegels in eine Kristallwachstumsachsenrichtung bei einer Höhe einer flüssigen Oberfläche der Rohmaterialschmelze 11°C/cm oder weniger beträgt.
  4. Verfahren zum Züchten eines Silizium-Einkristalls basierend auf einem Czochralski-Verfahren zum Anordnen eines Graphit-Tiegels innerhalb einer Graphit-Heizvorrichtung zum Heizen und eines Quarz-Tiegels innerhalb des Graphit-Tiegels und Züchten eines Kristalls aus einer Rohmaterialschmelze, die den Quarz-Tiegel füllt, wobei der Kristall unter Verwendung der Silizium-Einkristall-Züchtungsvorrichtung gemäß einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 3 gezüchtet wird.
  5. Verfahren zum Züchten eines Silizium-Einkristalls basierend auf einem Czochralski-Verfahren zum Anordnen eines Graphit-Tiegels innerhalb einer Graphit-Heizvorrichtung zum Heizen und eines Quarz-Tiegels innerhalb des Graphit-Tiegels und Züchten eines Kristalls aus einer Rohmaterialschmelze, die den Quarz-Tiegel füllt, wobei ein Temperaturgradient des Graphit-Tiegels in eine Kristallwachstumsachsenrichtung bei einer Höhe einer flüssigen Oberfläche einer Rohmaterialschmelze auf 11°C/cm oder weniger eingestellt wird, um einen Silizium-Einkristall zu züchten.
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