DE112014005069T5

DE112014005069T5 - Silicium-Einkristall-Erzeugungsverfahren

Info

Publication number: DE112014005069T5
Application number: DE112014005069.5T
Authority: DE
Inventors: Tegi Kim; Kazumi Tanabe; Takashi Yokoyama
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2013-11-05
Filing date: 2014-10-31
Publication date: 2016-08-25
Anticipated expiration: 2034-11-01
Also published as: JP6268936B2; TW201534775A; US9903044B2; CN105683424A; KR101787504B1; KR20160075757A; WO2015068370A1; US20160251774A1; CN105683424B; JP2015089854A; DE112014005069B4; TWI593835B

Abstract

Ein Silicium-Einkristall-Erzeugungsverfahren zur Erzeugung eines Silicium-Einkristalls durch das Czochralski-Verfahren wird angegeben, wobei eine Ziehanlage verwendet wird, umfassend einen Wärmeschirm, worin eine Sauerstoffkonzentration im Kristall durch Einstellung einer Fließgeschwindigkeit eines Inertgases, eingeführt in die Anlage bei dem Zwischenraumbereich zwischen einer äußeren Oberfläche des Einkristalls und einer unteren End-Öffnungskante des Wärmeschirms, entsprechend einem Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis (”Fläche des Zwischenraumbereiches”/”Fläche eines Querschnittes des Einkristalls”) gesteuert wird. Durch dieses Erzeugungsverfahren ist es möglich, die Sauerstoffkonzentration in dem gezogenen Einkristall angemessen zu steuern.

Description

Technisches Gebiet
Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines Silicium-Einkristalls durch das Czochralski-Verfahren und betrifft insbesondere ein Verfahren zur Erzeugung eines Silicium-Einkristalls, das eine angemessene Steuerung einer Sauerstoffkonzentration in dem Kristall ermöglicht.
Hintergrund
Als Verfahren zur Erzeugung eines Silicium-Einkristalls, der für ein Halbleitermaterial verwendet wird, wird das Czochralski-Verfahren (CZ-Verfahren) in großem Umfang angewendet. Das Czochralski-Verfahren ist ein Verfahren, bei dem ein Keimkristall in Silicium, das in einem Quarztiegel geschmolzen ist, getaucht und nach oben gezogen wird, unter Erzeugung eines Einkristalls, der von dem unteren Ende des Keimkristalls wächst.
Wenn ein Silicium-Einkristall durch dieses Verfahren gewachsen wird, ist in dem Quarztiegel enthaltener Sauerstoff in dem geschmolzen Silicium aufgelöst, und ein Teil des Sauerstoffes in den Einkristall eingefügt. Ein solcher Sauerstoff verursacht ein Präzipitat, eine Dislokationsschleife und einen Stapelfehler bei einem Wärmebehandlungsverfahren, zur Erzeugung einer Vorrichtung unter Verwendung eines Wafer-Schnitts aus dem Silicium-Einkristall. Solche Mängel haben verschiedene Einflüsse auf die Qualität des Einkristalls, und das angemessene Steuern der Konzentration von Sauerstoff, der in einem Einkristall eingefügt ist, wird als unverzichtbar für die Erzeugung eines Silicium-Einkristalls mit hoher Qualität angesehen.
Wie oben erwähnt, ist es notwendig, die Sauerstoffkonzentration beim Einkristall angemessen zu steuern, weil der in dem Silicium-Einkristall während des Wachstums des Einkristall eingefügte Sauerstoff verschiedene Einflüsse auf die Qualität des Einkristalls hat. Ein Problem bezüglich der Sauerstoffkonzentration im Silicium-Einkristall ist insbesondere die Variation der Sauerstoffkonzentrationen in einem Einkristall in einer Wachstumsachsenrichtung. Die Sauerstoffkonzentration wird durch verschiedene Faktoren beeinflußt, und die Einflüsse dieser Faktoren ändern sich mit Fortschritt des Ziehens des Kristalls. Aus diesem Grund kann die Homogenität der Sauerstoffkonzentration in einem Einkristall in einer Wachstumsachsenrichtung nicht sichergestellt werden, was zu einer verminderten Ausbeute bei der Erzeugung eines Silicium-Einkristalls führt, was einen engen erforderlichen Bereich von Sauerstoffkonzentrations-Beschreibungen einen oberen Grenzwert und einen unteren Grenzwert aufweist.
Zur Sicherstellung der Homogenität der Sauerstoffkonzentration bei diesem Silicium-Einkristall in einer Wachstumsachsenrichtung offenbart beispielsweise Patentliteratur 1 ein Ziehverfahren für einen Einkristall, worin die Position der Bodenoberfläche eines Quarztiegels (Schmelz-Oberflächenniveau) nach oben oder unten entsprechend der Wärmeverteilungseigenschaft eines Heizers und einer Ziehlänge des Einkristall bewegt wird, und gleichzeitig wird die Fließgeschwindigkeit des in einer Anlage eingeführten Inertgases gesteuert. Patentliteratur 1 beschreibt, daß gemäß dem Einkristall-Ziehverfahren es möglich ist, einen Silicium-Einkristall zu erhalten, der eine gewünschte Sauerstoffkonzentration und gleichmäßige Sauerstoffverteilung in der Achsenrichtung hat.
Liste der Druckschriften
Patentliteratur

Patentliteratur 1: japanische Patentanmeldeveröffentlichung 10-167881

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Bei dem Ziehverfahren für einen Silicium-Einkristall, beschrieben in Patentliteratur 1, wird eine Anlage verwendet, die einen Fluß-regulierenden Zylinder in einer umgekehrten Kegelstumpf-Form beinhaltet, wobei der Fluß-regulierende Zylinder so damit verbunden ist, daß ein gezogener Einkristall umgeben wird. Jedoch enthalten wichtige Faktoren für die Steuerung einer Inertgas-Fließgeschwindigkeit die Fließrate des Inertgases, das in die Anlage eingeführt wird, ebenso wie die Querschnittsfläche eines Zwischenraumbereiches zwischen der äußeren Oberfläche des gezogenen Einkristalls und der unteren Endöffnungskante des Fluß-regulierenden Zylinders (das heißt ein Bereich, durch den das Inertgas geleitet wird), aber die genannte Patentliteratur 1 hat keine Beschreibung bezüglich des Querschnittsfläche dieses Zwischenbereiches und des Einflusses der Querschnittsfläche des Zwischenbereiches auf eine Sauerstoffkonzentration.
Ein Ziel dieser Erfindung, die unter diesen Umständen gemacht wurde, liegt darin, ein Verfahren zur Erzeugung eines Silicium-Einkristalls anzugeben, das eine angemessene Steuerung der Sauerstoffkonzentration in einem Einkristall in einer Wachstumsachsenrichtung ermöglicht.
Lösung des Problems
Es wurde gefunden, daß die Änderung eines Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnisses die Variation des Profils der Sauerstoffkonzentration in einer Kristall-Wachstumsachsenrichtung verursacht; das Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis ist ein Wert, erhalten durch Dividieren der Fläche eines Zwischenbereiches zwischen der äußeren Oberfläche eines Einkristalls und der unteren End-Öffnungskante eines Wärmeschirms (ein Bereich, durch den ein Inertgas geleitet wird) durch die Fläche des Querschnittes des Einkristalls senkrecht zu einer Ziehachse. Der Grund liegt darin, daß Änderungen der Beziehung zwischen der Fließgeschwindigkeit des Inertgases, das zwischen dem gezogenen Einkristall und der unteren Endöffnungskante des Wärmeschirms geleitet wird, und der Sauerstoffkonzentration in dem Silicium-Einkristall vorliegen. Somit wurde der Einfluß einer Inertgas-Fließgeschwindigkeit auf die Sauerstoffkonzentration in einem Silicium-Einkristall untersucht. Als Ergebnis wurde gefunden, daß der Einfluß einer Inertgas-Fließgeschwindigkeit auf die Sauerstoffkonzentration in einem Einkristall sich entsprechend dem Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis unterscheidet.
Mit anderen Worten wurde überlegt, daß eine Erhöhung der Inertgas-Fließgeschwindigkeit die Volatisierung von in der Silicium-Schmelze als SiO gelöstem Sauerstoff fördert, was die Menge an entferntem Sauerstoff erhöht, um so die Sauerstoffkonzentration in der Nähe einer freien Oberfläche einer Schmelze zu vermindern, was zu einer Reduktion der Sauerstoffkonzentration in einem Silicium-Einkristall führt (das heißt es gibt eine negative Korrelation zwischen der Inertgas-Fließgeschwindigkeit und der Sauerstoffkonzentration). Als Ergebnis der Untersuchungen wurde jedoch festgestellt, daß in Abhängigkeit von dem Verhältnis der Fläche des Zwischenraumbereiches zwischen dem gezogenen Einkristall und dem Wärmeschirm zu der Querschnittsfläche des Einkristalls die Sauerstoffkonzentration in einem Silicium-Einkristall erhöht werden kann, wenn sich die Inertgas-Fließgeschwindigkeit erhöht (das heißt eine positive Korrelation kann zwischen der Inertgas-Fließgeschwindigkeit und der Sauerstoffkonzentration erkannt werden).
Diese Erfindung wird auf der Basis eines solchen Untersuchungsergebnisses durchgeführt, und das Ziel ist eine neues Verfahren für einen Silicium-Einkristall, wie unten beschrieben.
Das heißt, das Herstellungsverfahren für einen Silicium-Einkristall ist ein Verfahren zur Erzeugung eines Silicium-Einkristalls durch das Czochralski-Verfahren, worin eine Einkristall-Ziehanlage verwendet wird, wobei die Einkristall-Ziehanlage einen Wärmeschirm enthält, der um einen Silicium-Einkristall angeordnet ist, so gezogen wird, so daß er mit einer Ziehachse konzentrisch ist, worin eine Sauerstoffkonzentration in dem Kristall durch Einstellung entsprechend einem Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis, einer Fließgeschwindigkeit eines in die Einkristall-Ziehanlage eingeführten Inertgases bei einem Zwischenraumbereich zwischen einer äußeren Oberfläche des Einkristalls und einer unteren End-Öffnungskante des Wärmeschildes eingestellt wird, wobei das Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis erhalten wird durch Dividieren der Fläche des Zwischenraumbereiches durch die Fläche des Querschnittes senkrecht zu der Ziehachse des Einkristalls.
Der Ausdruck ”Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis” betrifft einen Wert, der erhalten wird, wie oben beschrieben, durch Dividieren der Fläche des Zwischenraumbereiches zwischen der äußeren Oberfläche des Einkristalls und der unteren Endöffnungskante des Wärmeschirms durch die Fläche des Querschnittes senkrecht zu der Ziehachse des Einkristalls. Der Ausdruck ”untere End-Öffnungskante des Wärmeschirms” betrifft einen Bereich des Wärmeschirms, der am nächsten zu einer zentralen Achse in der Öffnung des Wärmeschirms ist, und betrifft beispielsweise die Kante eines unteren Endes 12b des Wärmeschirms gemäß 2(a), die später beschrieben wird (ein Bereich mit Bezugszeichen A). Ein Beispiel des Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnisses mit spezifischen numerischen Werten wird beschrieben; wenn der Durchmesser des gezogenen Einkristalls 310 mm und der Öffnungsdurchmesser des Wärmeschirms 355 mm ist, ist die Querschnittsfläche des Einkristalls 754,8 cm², die Flächen der Öffnung des Wärmeschirms 989,8 cm² und somit ist die Fläche des Zwischenraumbereiches zwischen der äußeren Oberfläche des Einkristalls und der unteren End-Öffnungskante des Wärmeschirms (989,8 – 754,8) cm², ausgedrückt und somit gilt: Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis = (989,8 – 754,8)/754,8 = 0,31
Bei dem Erzeugungsverfahren für den Silicium-Einkristall dieser Erfindung kann die Sauerstoffkonzentration in dem Kristall gesteuert werden durch die Fließgeschwindigkeitseinstellung des Inertgases auf der Basis, daß dann, wenn das Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis 0,27 bis 0,45 ist, eine Inertgasgeschwindigkeit bei dem Zwischenraumbereich zwischen dem Einkristall und dem Wärmeschirm und die Sauerstoffkonzentration in dem Kristall eine negative Korrelation haben und wenn das Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis 0,72 bis 0,92 ist, die Inertgas-Fließgeschwindigkeit bei dem Zwischenraum und die Sauerstoffkonzentration in dem Kristall eine positive Korrelation haben.
Beispielsweise zur Verminderung der Sauerstoffkonzentration in einem wachsenden Kristall wird die Inertgas-Fließgeschwindigkeit bei dem Zwischenraumbereich zwischen dem Einkristall und dem Wärmeschirm erhöht, wenn das Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis 0,27 bis 0,45 ist, und wird vermindert, wenn das Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis 0,72 bis 0,92 ist, was eine angemessene Steuerung der Sauerstoffkonzentration in dem Kristall ermöglicht.
Zusätzlich ist es möglich, die Sauerstoffkonzentration in dem Kristall angemessen zu steuern durch Ändern der Inertgas-Fließgeschwindigkeit entsprechend einer Änderung in dem Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis in Abhängigkeit von der Änderung des Durchmessers. Dies ist besonders wirksam, wenn das Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis 0,27 bis 0,45 ist.
Bei dem Erzeugungsverfahren für den Silicium-Einkristall dieser Erfindung ist es möglich, wenn der Einkristall gezogen wird, unter der Annahme, daß die Einstellung der Fließgeschwindigkeit des Inertgases bei dem Zwischenraumbereich in Stufen beim Ziehen auf der Basis der Relation zwischen der Inertgas-Fließgeschwindigkeit bei dem Zwischenraumbereich, was vorher entsprechend dem Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis berechnet wird, und der Sauerstoffkonzentration in dem Kristall durchgeführt wird, die Sauerstoffkonzentration in dem Kristall zu steuern unabhängig von dem Typ der Ziehanlage oder dergleichen, wodurch die Homogenität der Sauerstoffkonzentration des Einkristalls in einer Wachstumsachsenrichtung hergestellt wird.
Gemäß dem Silicium-Einkristall-Herstellungsverfahren dieser Erfindung ist es möglich, einen Einkristall mit einer gleichmäßigen Sauerstoffkonzentration in einer Kristall-Wachstumsachsenrichtung wachsen zu lassen.
Der Silicium-Einkristall, der durch das Silicium-Einkristall-Herstellungsverfahren dieser Erfindung gewachsen ist, kann ein Kristall mit einem solchen Durchmesser sein, der das Schneiden eines Silicium-Wafers mit einem größeren Durchmesser mit einem Durchmesser von 300 mm oder mehr ermöglicht.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß dem Silicium-Einkristall-Wachstumsverfahren dieser Erfindung ist es möglich, eine Sauerstoffkonzentration in einem gezogenen Silicium-Einkristall angemessen zu steuern, um die Homogenität der Sauerstoffkonzentration in dem Einkristall in einer Wachstumsachsenrichtung sicherzustellen. Zusätzlich ist das Verfahren ausreichend anwendbar für die Erzeugung eines Silicium-Einkristalls, aus dem ein Silicium-Wafer mit einem größeren Durchmesser mit einem Durchmesser von 300 mm oder mehr geschnitten werden kann.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Diagramm, das schematisch ein allgemeines Konfigurationsbeispiel eines Teils einer Ziehanlage erläutert, die zur Implementierung des Herstellungsverfahrens für den Silicium-Einkristall dieser Erfindung geeignet ist.
2 ist ein Diagramm, das ein Ergebnis einer Studie bezüglich Inertgas-Fließgeschwindigkeiten bei Bereichen in einer Einkristall-Ziehanlage mit einem geänderten Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis durch numerische Simulationen erläutert, worin 2(a) das Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis von 0,86 erläutert und 2(b) das Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis von 0,37 erläutert.
3 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Inertgas-(Ar)-Fließgeschwindigkeit in einem Kristall-Wärmeschirm-Raum und einer Sauerstoffkonzentration in einem gezogenen Einkristall für Fälle erläutert, bei denen das Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis niedrig und hoch ist.
4 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen dem Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis und der Sauerstoffkonzentration in dem gezogenen Einkristall erläutert.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Das Erzeugungsverfahren für den Silicium-Einkristall dieser Erfindung ist, wie oben beschrieben, ein Verfahren auf der Basis einer Einkristall-Ziehanlage, umfassend einen Wärmeschirm, angeordnet um einen Silicium-Einkristall, der gezogen wird, worin eine Sauerstoffkonzentration in dem Kristall gesteuert wird durch die Einstellung einer Inertgas-Fließgeschwindigkeit (Fließgeschwindigkeit des Inertgases bei einem Zwischenbereich zwischen der äußeren Oberfläche des Einkristalls und der unteren End-Öffnungskante des Wärmeschirms) entsprechend einem Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis.
Die Steuerung einer Sauerstoffkonzentration in einem Kristall durch die Einstellung der Inertgas-Fließgeschwindigkeit entsprechend dem Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
1 ist ein Diagramm, das schematisch ein allgemeines Konfigurationsbeispiel eines Hauptteils einer Ziehanlage erläutert, die zur Implementierung des Silicium-Einkristall-Herstellungsverfahrens dieser Erfindung geeignet ist. Wie erläutert, enthält die Ziehanlage eine Kammer 1, einen Trägerschaft 2, der vertikal nach oben angeordnet ist und ein Zentrum eines Bodenbereiches der Kammer 1 durchdringt und nach oben und unten bewegt und rotiert werden kann, und einen Suszeptor 3, der auf einem oberen Endbereich des Trägerschafts 2 fixiert ist, einen Quarztiegel 4, der im Inneren des Suszeptors 3 angeordnet ist, und einen Heizer 5 und Isolator 6, die um den Suszeptor 3 angeordnet sind, und auf der zentralen Achse des Quarztiegels 4 ist ein Keimhalter 7 zum Halten eines Keimkristalls und ein Ziehdraht 8 zum Aufhängen und Ziehen des Keimhalters 7 vorgesehen.
Weiter ist ein Teil 11 für erzwungene Kühlung konzentrisch mit einer Ziehachse angeordnet, daß es einen wachsenden Silicium-Einkristall 9 umgibt, und ein Wärmeschirm 12 ist so konzentrisch mit der Ziehachse angeordnet, daß er den äußeren Umgebungsflächen und der untere Endfläche des Teils 11 für erzwungene Kühlung gegenüberliegt. Zusätzlich wird bei diesem Beispiel eine Magnetfeld-Auferlegungsvorrichtung 13 außerhalb des Isolators 6 angeordnet.
Oberhalb der Kammer 1 ist ein Gaseinlaß 14 zum Einführen von Ar-Gas als Inertgas in die Kammer 1 vorgesehen. In der Nähe des Gaseinlasses 14 ist ein Massenfließmeter (nicht erläutert) vorgesehen. Mit dem Massenfließmeter kann die Fließrate (Volumengeschwindigkeit) des Ar-Gases, das in die Kammer 1 der Ziehanlage eingeführt ist, als Volumen pro Einheitszeit bei der Standardtemperatur und Druck (0°C, 1 atmosphärischer Druck) gemessen werden. Unterhalb der Kammer 1 ist ein Gasauslaß 15 zum Ablassen des Ar-Gases vorgesehen.
Zum Implementieren des Silicium-Einkristall-Erzeugungsverfahrens dieser Erfindung unter Verwendung der auf solche Weise konfigurierten Ziehanlage wird zunächst ein Siliciummaterial in den Quarztiegel 4 gegeben, in einer Ar-Gas-Atmosphäre zur Bildung einer Siliciumschmelze 10 erwärmt. Dann wird der Keimkristall, gehalten durch den Keimhalter 7, in die Siliciumschmelze 10 getaucht und graduell gezogen, wobei der Keimkristall und der Quarztiegel 4 angemessen rotiert werden, um so den Einkristall wachsen zu lassen.
2 ist ein Diagramm, das das Ergebnis einer Studie bezüglich der Inertgas-Fließgeschwindigkeiten bei Portionen in der Einkristall-Ziehanlage mit einem geänderten Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis durch numerische Simulationen erläutert, worin 2(a) einen Fall eines Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnisses von 0,86 erläutert und 2(b) einen Fall eines Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnisses von 0,37 erläutert. Die anderen Bedingungen sind gleich bei den 2(a) und (2b). Der Einfachheit halber erläutert 2 die rechte Hälfte eines vertikalen Bereiches entlang einer Einkristall-Ziehachse.
Wie in 2 erläutert, ist das Teil 11 für erzwungene Kühlung um den Einkristall 9 angeordnet, der von der Siliciumschmelze 10 in den Quarztiegel 4 gezogen wird, und der Wärmeschirm 12 ist so angeordnet, daß er das Teil 11 für die erzwungene Kühlung umgibt.
Wie durch die Pfeile mit weißem Inhalt in der Zeichnung dargestellt ist, wird das Inertgas (Ar), das in die Anlage eingeführt wird, zwischen dem Einkristall 9 und dem Teil 11 für erzwungene Kühlung geleitet, danach durch den Zwischenraumbereich zwischen der äußeren Oberfläche des Einkristalls 9 und der unteren End-Öffnungskante des Wärmeschirms 12 geleitet (die Kante des unteren Endes des Wärmeschirms 12 (ein Bereich mit Bezugszeichen A)), zwischen der unteren Endfläche des Wärmeschirms 12 und der Siliciumschmelze 10 geleitet, fließt aufwärts entlang der internen Oberfläche des Quarztiegels 4, verläßt den Tiegel 4 nach außen, steigt danach nach innen (teilweise außerhalb) des Heizers 5 entlang der äußeren Oberfläche des Tiegels 4 herab und wird durch den Gasauslaß 15 abgelassen (siehe 1).
In 2 zeigt ”SiO”, zugegeben gemäß den Pfeilen mit Leere im Inneren auf der Oberfläche der Siliciumschmelze 10, daß sich ein Teil von Sauerstoff, aufgelöst von dem Quarztiegel 4, in der Siliciumschmelze als SiO verflüchtigt und durch den Inertgasfluß entfernt wird. Zusätzlich zeigen Pfeile, erläutert in der Siliciumschmelze 10, Richtungen des Schmelzflusses an, wobei ein durchgezogener einen starken Fluß anzeigt und der gestrichelte einen schwachen Fluß anzeigt.
Ein Vergleich der 2(a) und 2(b) zeigt, daß ein Zwischenraumbereich gemäß 2(a) zwischen der äußeren Oberfläche des Einkristalls 9 und der unteren End-Öffnungskante des Wärmeschirms 12 (Oberfläche mit Referenzzeichen A) breit ist im Vergleich zu 2(b), was die Ar-Gas-Fließgeschwindigkeit bei dem Zwischenraumbereich verhältnismäßig niedrig macht, und ein großer Bereich des Ar-Gases, der durch den Zwischenraumbereich geleitet ist, gelangt, wie durch den Pfeil g1 mit weißem Inhalt gezeigt ist, zwischen der unteren Endfläche des Wärmeschirms 12 und der Oberfläche der Siliciumschmelze 10 (etwas näher an der Schmelzoberfläche). Das Ar-Gas erreicht nicht die Oberfläche der Siliciumschmelze 10 in der Nähe eines Kristall-Wachstumsmeniskus. Im Kontrast dazu ist der Zwischenraumbereich bei 2(b) eng, was die Ar-Gas-Fließgeschwindigkeit verhältnismäßig hoch macht, und ein großer Bereich des Ar-Gases, der durch den Zwischenraumbereich geleitet ist, erreicht, wie durch einen Pfeil g2 mit weißem Inneren erläutert ist, die Nähe der Oberfläche der Siliciumschmelze 10 in der Nähe des Kristall-Wachstumsmeniskus und gelangt danach in die Nähe der Oberfläche der Siliciumschmelze 10. Aus diesem Grund wird überlegt, daß mehr Sauerstoff als SiO bei 2(b) als bei 2(a) entfernt wird.
Ein Unterschied wird ebenfalls in einem Silicium-Schmelzfluß gefunden: Rollkonvektion in der Siliciumschmelze (Konvektion mit einem Pfeil ”a” in der Siliciumschmelze) ist schwach bei 2(b) im Vergleich zu 2(a). Die Nähe einer freien Oberfläche der Siliciumschmelze, bei der diese Rollkonvektion auftritt, ist ein Bereich, der von Natur aus die niedrigste Sauerstoffkonzentration in der Siliciumschmelze hat, weil Sauerstoff als SiO entfernt wird, und darüber hinaus ist die Schmelzbildungs-Rollkonvektion direkt unterhalb des Einkristall-Wachstummeniskus positioniert und leicht in den Einkristall eingefügt, und es wird somit hypothetisiert, daß die Festigkeit der Rollkonvektion einen Unterschied der Sauerstoffkonzentration in einem Silicium-Einkristall verursacht.
Der Unterschied der Fließgeschwindigkeitsverteilung des Inertgasflusses, wie oben beschrieben, wird durch den Unterschied des Öffnungsdurchmessers des Wärmeschirmes verursacht (mit anderen Worten durch den Unterschied der Breite eines Kanals aus dem Inertgas). Somit wurde das Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis als Index für die Gaspassage zwischen der äußeren Oberfläche des Einkristalls und der unteren End-Öffnungskante des Wärmeschirms eingeführt, und Konzentrationen von in den Einkristall eingefügtem Sauerstoff wurden im Fall von 2(a) (Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis = 0,86) und dem Fall von 2(b) (Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis = 0,37) so bemessen, daß ein Einkristall gezogen wird, während die Inertgas-(Ar)-Fließgeschwindigkeiten in einem Raum (Gaspassage) zwischen der äußeren Oberfläche des gezogenen Einkristalls und der unteren End-Öffnungskante des Wärmeschirms und einem Raum (Gaspassage) zwischen der unteren Grenzfläche des Wärmeschirms 12 und der Silicium-Schmelzoberfläche geändert wird.
Als Ergebnis wurde, wie später in den Beispielen beschrieben wird, gefunden, daß das Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis = 0,37 (2(b)) zu einer negativen Korrelation führt, worin die Sauerstoffkonzentration in dem Silicium-Einkristall mit einer Erhöhung der Inertgas-Fließgeschwindigkeit reduziert wird und das Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis = 0,86 (2(a)) zu einer positiven Korrelation führt, worin die Sauerstoffkonzentration in dem Silicium-Einkristall sich mit einer Erhöhung der Inertgas-Fließgeschwindigkeit erhöht.
Als Ergebnis einer Studie durch numerische Simulationen unter unterschiedlichen Bedingungen wurde durch die Bestimmung auf der Basis des Fließgeschwindigkeits-Verteilungszustandes des Inertgasflusses bestätigt, daß ein Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis im Bereich von 0,27 bis 0,45 zu einer negativen Korrelation zwischen der Inertgas-Fließgeschwindigkeit und der Sauerstoffkonzentration in dem Silicium-Einkristall führt und ein Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis in dem Bereich von 0,72 bis 0,92 zu einer positiven Korrelation zwischen der Inertgas-Fließgeschwindigkeit und der Sauerstoffkonzentration in dem Silicium-Einkristall führt. Bei einem Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis im Bereich von mehr als 0,45 und weniger als 0,72 wurde keine klare Korrelation zwischen der Inertgas-Fließgeschwindigkeit und der Sauerstoffkonzentration in dem Silicium-Einkristall bestätigt.
Es wird überlegt, daß die negative Korrelation auch vorhanden ist, wenn das Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis weniger als 0,27 ist, aber der Zwischenraum mit dem Kristall ist zu eng in diesem Fall, was das Risiko des Kontaktes zwischen dem Kristall und dem Wärmeschirm beim Ziehen verursacht, ebenso wie das Problem der Steuerung und der Messung. Zusätzlich wird überlegt, daß die positive Korrelation ebenfalls vorhanden ist, wenn das Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis mehr als 0,92 ist, aber in diesem Fall kann ein Temperaturgradient der freien Oberfläche der Schmelze nicht groß gemacht werden, was so angesehen wird, daß die Steuerfähigkeit der Ziehgeschwindigkeit zum Wachsen des Silicium-Einkristalls ohne (mit einigen) Mängeln verschlechtert wird. Der untere oder obere Grenzwert eines angemessenen Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnisses hängt jedoch in einem großen Ausmaß von der gesamten Ausgewogenheit der Ziehanlage ab und kann gemäß den Anlagen variieren.
Denkbare Modelle für die Reduktion der Sauerstoffkonzentration in einem Silicium-Einkristall umfassen die beiden Modelle (Modell 1 und Modell 2).
Modell 1: Erhöhung einer Inertgas-Fließgeschwindigkeit zur Erhöhung der Menge an Sauerstoff, entfernt durch Verflüchtigung von SiO, Verminderung der Sauerstoffkonzentration in der Nähe einer freien Oberfläche der Siliciumschmelze. Als Ergebnis wird die Menge an in einem Silicium-Einkristall eingeführten Sauerstoff vermindert.
Modell 2: Verursachung, daß eine Schmelze in der Nähe einer freien Oberfläche der Siliciumschmelze, wo die Sauerstoffkonzentration von Natur aus die niedrigste in der Siliciumschmelze ist, in einen Einkristall eingefügt wird. Es wird in diesem Fall gefolgert, daß dann, wenn eine Inertgas-Fließgeschwindigkeit erhöht wird, die Rollkonvektion direkt unterhalb des Einkristall-Wachstumsmeniskus inhibiert wird, was die Sauerstoffkonzentration erhöht, und wenn auf der anderen Seite die Inertgas-Fließgeschwindigkeit vermindert wird, wird die Rollkonvektion gefördert, was die Sauerstoffkonzentration vermindert.
Wenn das Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis niedrig ist (0,27 bis 0,45), kann die Sauerstoffkonzentration in einem Silicium-Einkristall gemäß dem Modell 1 (2(b) entspricht diesem, worin das Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis = 0,37) reduziert werden. Mit anderen Worten erhöht sich, wenn die Inertgas-Fließgeschwindigkeit erhöht wird, die Menge an Sauerstoff, entfernt durch Verflüchtigung, wobei die Sauerstoffkonzentration in der Nähe der freien Oberfläche der Siliciumschmelze vermindert wird.
Auf der anderen Seite wird überlegt, daß in dem Fall, bei dem das Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis hoch ist (0,72 bis 0,92), die Sauerstoffkonzentration in einem Silicium-Einkristall entsprechend dem Modell 2 vermindert werden kann (2(a) entspricht diesem, wobei das Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis = 0,86). Mit anderen Worten erhöht sich, wenn die Inertgas-Fließgeschwindigkeit erhöht wird, die Sauerstoffkonzentration in dem Silicium-Einkristall, weil die Rollkonvektion a inhibiert wird, und weil eine niedrige Inertgas-Fließgeschwindigkeit im Vergleich zu dem Fall, bei dem das Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis niedrig ist, ist die Aktion durch das Modell 1 (Entfernung von SiO durch einen Inertgasfluß) schwierig auszuführen, aber wenn die Inertgas-Fließgeschwindigkeit vermindert wird, wird die Rollkonvektion gefördert, wodurch die Sauerstoffkonzentration vermindert wird.
Wie oben beschrieben, werden in Abhängigkeit von dem Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis eine positive oder negative Korrelation zwischen einer Inertgas-Fließgeschwindigkeit in einem Zwischenraumbereich zwischen der äußeren Oberfläche eines Einkristalls und der unteren End-Öffnungskante eines Wärmeschirms und der Sauerstoffkonzentration in dem Silicium-Einkristall erkannt. Das Silicium-Einkristall-Erzeugungsverfahren dieser Erfindung stellt die Fließgeschwindigkeit eines Inertgases bei dem Zwischenraumbereich zwischen dem Wärmeschirm und dem Einkristall (ein Kristall-Zwischen-Wärme-Schild-Zwischenraum-Bereich) entsprechend dem Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis ein, um so eine Sauerstoffkonzentration in einem Kristall zu steuern.
Beim Ziehen eines Silicium-Einkristalls wird der Öffnungsdurchmesser eines Wärmeschirms, der notwendig ist zum Wachsen eines mangelfreien Kristalls, bestimmt, und somit gibt die Berechnung eines Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnisses, das diesem Öffnungsdurchmesser entspricht, vorher ein Schema zum Steuern der Sauerstoffkonzentration durch die Einstellung der Inertgas-Fließgeschwindigkeit an. Mit anderen Worten ermöglicht die Verwendung des Wertes des berechneten Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnisses eine angemessene und schnelle Bestimmung, ob eine Inertgas-Fließgeschwindigkeit erhöht oder erniedrigt werden sollte, um die Sauerstoffkonzentration zu steuern.
Bei dem Silicium-Einkristall-Erzeugungsverfahren dieser Erfindung kann ein solches Ausführungsbeispiel verwendet werden, das die Inertgas-Fließgeschwindigkeit bei dem Zwischenraumbereich zwischen dem Einkristall und dem Wärmeschirm (Kristall-Zwischen-Wärme-Schirm-Zwischenraumbereich) erhöht, wenn das Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis 0,27 bis 0,45 ist, um so die Sauerstoffkonzentration in dem Kristall zu vermindern, und bei dem die Inertgas-Fließgeschwindigkeit bei dem Zwischenraumbereich vermindert wird, wenn das Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis 0,72 bis 0,92 ist, um so die Sauerstoffkonzentration im Kristall zu vermindern.
Wie oben beschrieben gibt es, wenn das Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis 0,27 bis 0,45 ist, eine negative Korrelation zwischen der Inertgas-Fließgeschwindigkeit in dem Kristall-Zwischen-Wärmeschirm-Zwischenraumbereich und der Sauerstoffkonzentration in einem Kristall, und somit ist es möglich, die Sauerstoffkonzentration in einem Kristall zu vermindern, indem die Inertgas-Fließgeschwindigkeit erhöht wird. Wenn das Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis 0,72 bis 0,92 ist, gibt es eine positive Korrelation zwischen der Inertgas-Fließgeschwindigkeit und der Sauerstoffkonzentration in einem Kristall, und somit ist es möglich, die Sauerstoffkonzentration in einem Kristall durch Vermindern der Inertgas-Fließgeschwindigkeit zu reduzieren.
In dem Silicium-Einkristall-Erzeugungsverfahren dieser Erfindung ist es möglich, die Sauerstoffkonzentration in einem Kristall angemessen zu steuern, indem die Inertgas-Fließgeschwindigkeit entsprechend einer Änderung des Zwischenraum-Verhältnisses in Abhängigkeit von der Änderung des Durchmessers geändert wird. Dies ist besonders effektiv, wenn das Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis 0,27 bis 0,45 ist.
In dem Silicium-Einkristall-Erzeugungsverfahren dieser Erfindung kann ein solches Ausführungsbeispiel angewandt werden, daß beim Ziehen eines Einkristalls die Fließgeschwindigkeit des Inertgases beim Kristall-zwischen-Wärmeschirm-Zwischenraumbereich in Stufen des Ziehens eingestellt wird auf der Basis der Relation zwischen der Inertgas-Fließgeschwindigkeit in dem Zwischenraumbereich, was vorher berechnet wird entsprechend dem Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis, und der Sauerstoffkonzentration in einem Kristall.
Wenn ein Einkristall gezogen wird, scheint eine Sauerstoffkonzentration im allgemeinen auf einer oberen Seite und einer unteren Seite hoch zu sein. Somit wird die Beziehung zwischen der Inertgas-Fließgeschwindigkeit in dem Kristall-Zwischen-Wärmeschirm-Zwischenraumbereich und der Sauerstoffkonzentration in dem Kristall vorher entsprechend den Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnissen berechnet (das heißt für jedes verschiedene Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis), und auf der Basis dieser Beziehung wird die Fließgeschwindigkeit des Inertgases in Stufen bei dem Ziehen (das heißt zum Zeitpunkt des Ziehens) eingestellt, insbesondere zu Beginn (obere Seite) und am Ende (untere Seite) beim Ziehen des Einkristalls. Es ist hierdurch möglich, die Variationen der Sauerstoffkonzentration in einem Einkristall in einer Wachstumsachsenrichtung zu eliminieren, um die Homogenität sicherzustellen und die Ausbeute zu verbessern.
Gemäß dem Silicium-Einkristall-Erzeugungsverfahren dieser Erfindung ist es auch möglich, einen Silicium-Einkristall wachsen zu lassen, von dem ein Silicium-Wafer mit einem größeren Durchmesser mit einem Durchmesser von 300 mm oder mehr geschnitten werden kann.
Beispiele
(Beispiel 1)
Unter Berücksichtigung der oben beschriebenen Ergebnisse der Studie der Inertgas-Fließgeschwindigkeit durch numerische Simulationen wurden für Fälle, bei denen das Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis niedrig (0,37) und hoch (0,86) ist, Versuche zum Ziehen eines Silicium-Einkristalls (mit einem Kristall-Durchmesser von etwa 300 mm in beiden Fällen) durchgeführt, während eine Inertgas-Fließgeschwindigkeit bei dem Zwischenraumbereich zwischen der äußeren Oberfläche eines gezogenen Einkristalls und der unteren End-Öffnungskante eines Wärmeschirms geändert wurde (Ar-Fließgeschwindigkeit in einem Kristall-Wärmeschirm-Raum), und die Konzentration von in den Einkristall eingeführtem Sauerstoff wurde gemessen. Tabelle 1 zeigt die Zieh-Testbedingungen zusammen mit den Sauerstoffkonzentrationen der gezogenen Einkristalle.
Die ”Ar-Fließrate” ist eine Fließrate von Ar-Gas, das in die Anlage eingeführt wird (Volumengeschwindigkeit), welche als Volumen des Ar-Gases gemessen wird, das pro Einheitszeit bei der Standardtemperatur und Druck (0°C, 1 atmosphärischen Druck) als Standardliter pro Minute (slpm) unter Verwendung eines Massen-Fließmeters gemessen wird. Auf der Basis der ”Ar-Fließrate” und des ”atmosphärischen Drucks in der Anlage” wird die Fließrate von Ar beim atmosphärischen Druck berechnet. Unter Ignorieren des Einflusses der Temperatur auf das Volumen von Ar kann diese Fließrate von Ar bei atmosphärischem Druck als Fließrate von Ar in der Anlage angesehen werden. Die ”Ar”-Fließgeschwindigkeit in dem Kristall-Wärmeschirm-Raum” (lineare Geschwindigkeit) ist eine Geschwindigkeit, berechnet von dieser Fließrate von Ar in der Anlage und der Fläche eines Raumes zwischen dem Kristall und der unteren End-Öffnungskante des Wärmeschirmes (Ar-Gaspassage).
Bei jedem Test wurde ein Magnetfeld in dem Bereich von 0,2 bis 0,4 T (2091 bis 4000 G) auferlegt, und der gezogene Einkristall wurde bei 7,5 bis 9,5 Upm rotiert und der Quarztiegel bei 0,1 bis 2,3 Upm rotiert.

Bei den Tests 8 bis 15 wurde das Kristallwachstum bei dem Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis des Wärmeschirms durchgeführt, das höher eingestellt ist als bei den Tests 1 bis 7, was, wie in Tabelle 1 dargestellt, das Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis 0,86 bei den Tests 8 bis 15 erzeugt, während es 0,31 bis 0,37 bei den Tests 1 bis 7 ist. Die Ar-Fließgeschwindigkeit in dem Kristall-Wärmeschirm-Raum wurde bei den Tests 1 bis 7 und bei den Tests 8 bis 15 variiert, indem die Ar-Fließrate, die in die Anlage eingeführt wurde, geändert wurde. Tabelle 1

Test Nr.	Sauerstoffkonzentration im Kristall (10¹⁷ Atome/cm³)	Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis	Ar-Fließrate (slpm)	Atmosphärischer Druck in der Anlage (Torr)	Ar-Fließgeschwindigkeit im Kristall-Wärmeschirm-Raum (m/s)
1	15,7	0,31	150	70	1,14
2	12,65	0,37	300	30	4,64
3	12,54	0,37	301	30	4,66
4	13,22	0,37	220	30	3,39
5	14,11	0,37	151	30	2,34
6	14,43	0,37	151	30	2,34
7	13,8	0,37	151	30	2,34
8	13,63	0,86	219	30	1,44
9	14,64	0,86	301	30	1,98
10	13,97	0,86	301	30	1,98
11	14,14	0,86	301	30	1,98
12	12,9	0,86	151	30	0,99
13	13,01	0,86	151	30	1,00
14	12,3	0,86	151	30	1,00
15	12,04	0,86	151	30	0,85

3 basiert auf den Testergebnissen gemäß Tabelle 1 und ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Ar-Fließgeschwindigkeit in dem Kristall-Wärmeschirm(untere End-Öffnungskante)-Raum und der Sauerstoffkonzentration in einem gezogenen Einkristall erläutert. In 3 wird der Fall, bei dem das Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis niedrig eingestellt wird (0,31 bis 0,37) als ”Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis: niedrig” angegeben und der Fall, bei dem das Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis hoch eingestellt ist (0,86), wird als ”Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis: hoch” angegeben.
Wie aufgrund von 3 ersichtlich ist, wurde gefunden, daß es eine negative Korrelation zwischen der Ar-Fließgeschwindigkeit und der Sauerstoffkonzentration in einem gezogenen Einkristall gibt, wenn das Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis des Wärmeschirms niedrig ist, und daß es eine positive Korrelation gibt, wenn das Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis des Wärmeschirms hoch ist. Zur Verminderung der Sauerstoffkonzentration in einem gezogenen Einkristall muß mit anderen Worten die Ar-Fließgeschwindigkeit in dem Kristall-Wärmeschirm-Raum erhöht werden, wenn das Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis 0,31 bis 0,37 ist, und muß vermindert werden, wenn das Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis 0,86 ist.
Aufgrund des obigen Ergebnisses wurde festgestellt, daß eine Sauerstoffkonzentration in einem Kristall gesteuert werden kann durch Einstellen beispielsweise der Fließrate des Inertgases, das in die Anlage entsprechend dem Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis eingeführt wird, um die Fließgeschwindigkeit eines Inertgases in dem Kristall-Wärmeschirm-Raum einzustellen.
(Beispiel 2)
Für jeden der Fälle, bei denen das Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis des Wärmeschirmes niedrig bzw. hoch ist, wurde die Beziehung zwischen dem Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis und der Sauerstoffkonzentration in einem gezogenen Einkristall untersucht, während das Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis geändert wurde, indem der Durchmesser des Silicium-Einkristalls geändert wurde. Die Fließrate des Inertgases (Ar-Gas), das in die Anlage eingefügt wird, und der Druck in der Anlage wurden konstant gehalten.
Das Ergebnis ist in 4 gezeigt. 4 zeigt ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis und der Sauerstoffkonzentration in einem gezogenen Einkristall für die Fälle erläutert, bei denen das Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis des Wärmeschirms hoch bzw. niedrig ist.
Wie aufgrund von 4 klar ist, wird in dem Fall, wenn das Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis des Wärmeschirms niedrig ist (in 4 als ”Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis: niedrig” geschrieben), die Sauerstoffkonzentration in einem gezogenen Einkristall vermindert, wenn sich der Kristall-Durchmesser erhöht, und wenn das Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis des Wärmeschirms hoch ist (in 4 als ”Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis: hoch” geschrieben), wird die Sauerstoffkonzentration in einem gezogenen Einkristall erhöht, wenn der Kristall-Durchmesser erhöht wird.
Weil die Fließrate des Ar-Gases, das in die Anlage eingeführt wird, konstant gehalten wurde, ist im Vergleich für den gleichen Wärmeschirm die Ar-Fließgeschwindigkeit in dem Kristall-Wärmeschirm-(untere End-Öffnungskante)-Raum vermindert, wenn sich das Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis erhöht.
Wie aufgrund der Ergebnisse von 4 klar ist, fluktuiert, wenn das Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis im Bereich von 0,72 bis 0,92 ist, die Sauerstoffkonzentration in einem gezogenen Einkristall weniger mit den Änderungen bei dem Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis im Vergleich zu dem Fall, wenn das Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis im Bereich von 0,27 bis 0,45 ist. Mit anderen Worten ist das Wachsen eines Einkristalls bei einem Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis im Bereich von 0,72 bis 0,92 robust bezüglich der Sauerstoffkonzentration in einem Kristall gegenüber externen Störungen, insbesondere Durchmesser-Fluktuation (Änderungen des Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnisses) im Vergleich zum Wachsen des Einkristalls bei einem Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis im Bereich von 0,27 bis 0,45.
Das Wachsen eines Einkristalls bei einem Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis im Bereich von 0,27 bis 0,45 ist anfällig, ausgedrückt als Einstellung einer konstanten Sauerstoffkonzentration in einem Kristall, für externe Störungen, insbesondere Durchmesser-Fluktuationen (Änderungen des Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnisses) im Vergleich zum Wachsen des Einkristalls bei einem Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis im Bereich von 0,72 bis 0,92, aber durch Steuerung der Fließrate des Ar-Gases, eingefügt in die Anlage entsprechend den Durchmesser-Fluktuationen, ist es möglich, den Einfluß der externen Störungen zu reduzieren, unter Erhalt eines Einkristalls mit einer gleichmäßigen Sauerstoffkonzentration.
Wenn die Ergebnisse von 3 und 4 zusammengefaßt werden, wird überlegt, daß bei einem Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis im Bereich von 0,27 bis 0,45 die Sauerstoffkonzentration in einem gezogenen Einkristall reduziert wird, wenn die Ar-Fließgeschwindigkeit in dem Kristall-Wärmeschirm-Raum erhöht wird, und bei einem Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis im Bereich von 0,72 bis 0,92 wird die Sauerstoffkonzentration in einem gezogenen Einkristall erhöht, wenn die Ar-Fließgeschwindigkeit in dem Kristall-Wärmeschirm-Raum erhöht wird.
Industrielle Anwendbarkeit
Gemäß dem Silicium-Einkristall-Erzeugungsverfahren dieser Erfindung ist es möglich, angemessen (leicht und stabil) die Steuerung einer Sauerstoffkonzentration in einem Silicium-Einkristall durchzuführen. Daher ist diese Erfindung in großem Umfang anwendbar auf die Erzeugung eines Silicium-Einkristalls, aus dem ein Silicium-Wafer (zur Erzeugung einer Halbleiter-Vorrichtung) geschnitten wird.
Liste der Bezugszeichen

1: Kammer, 2: Trägerschaft, 3: Suszeptor, 4: Quarztiegel, 5: Heizer, 6: Isolator, 7: Keimhalter, 8: Ziehdraht, 9: Silicium-Einkristall, 10: Silicium-Schmelze, 11: Teil für erzwungene Kühlung, 12: Wärmeschirm, 12a: Seitenbereich des Wärmeschirms, 12b: unteres Ende des Wärmeschirms, 13: Magnetfeld-Auferlegungsanlage, 14: Gas-Einlaß, 15: Gas-Auslaß.

Claims

Verfahren zur Erzeugung eines Silicium-Einkristalls durch das Czochralski-Verfahren unter Verwendung einer Einkristall-Ziehanlage, worin ein Wärmeschirm um einen Silicium-Einkristall angeordnet ist, der gezogen wird, so daß er mit einer Ziehachse konzentrisch ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sauerstoffkonzentration in dem Kristall gesteuert wird durch Einstellung, entsprechend eines Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnisses, einer Fließgeschwindigkeit eines Inertgases, das in die Einkristall-Ziehanlage bei einem Zwischenbereich zwischen einer externen Fläche des Einkristalls und einer unteren End-Öffnungskante des Wärmeschirms eingeführt wird, wobei das Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis durch Dividieren einer Fläche des Zwischenraumbereiches durch eine Fläche eines Querschnittes senkrecht zu der Zielrichtung des Einkristalls erhalten ist.
Silicium-Einkristall-Erzeugungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sauerstoffkonzentration in dem Kristall gesteuert wird durch Einstellung der Fließgeschwindigkeit des Inertgases auf der Basis, daß wenn das Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis 0,27 bis 0,45 ist, eine Inertgas-Fließgeschwindigkeit bei dem Zwischenraumbereich zwischen dem Einkristall und dem Wärmeschirm und die Sauerstoffkonzentration in dem Kristall eine negative Korrelation haben, und wenn das Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis 0,72 bis 0,92 ist, die Inertgas-Fließgeschwindigkeit bei dem Zwischenraumbereich und die Sauerstoffkonzentration in dem Kristall eine positive Korrelation haben.
Silicium-Einkristall-Erzeugnis-Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenn der Einkristall gezogen wird, die Sauerstoffkonzentration durch Einstellung einer Fließgeschwindigkeit eines Inertgases bei dem Zwischenraumbereich in Stufen beim Ziehen auf der Basis einer Beziehung zwischen Inertgas-Fließgeschwindigkeit bei dem Zwischenraumbereich, vorher berechnet entsprechend dem Zwischenraum-zu-Kristall-Durchmesser-Verhältnis, und der Sauerstoffkonzentration im Kristall gesteuert wird.
Silicium-Einkristall-Erzeugungsverfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sauerstoffkonzentration im Kristall durch Einstellung der Fließgeschwindigkeit des Inertgases, eingeführt in die Einkristall-Ziehanlage, entsprechend einer Durchmesserfluktuation des Kristalls gesteuert wird.
Silicium-Einkristall-Erzeugungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Silicium-Einkristall, der wachsen gelassen wird, einen solchen Durchmesser hat, daß ein Silicium-Wafer mit einem Durchmesser von 300 mm oder mehr geschnitten werden kann.