DE112016003796T5

DE112016003796T5 - Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls und Verfahren zum Ziehen eines Einkristalls

Info

Publication number: DE112016003796T5
Application number: DE112016003796.1T
Authority: DE
Inventors: Kiyotaka Takano
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 2015-09-18
Filing date: 2016-08-23
Publication date: 2018-05-30
Also published as: WO2017047008A1; US10253425B2; JP2017057127A; US20180237940A1; CN108026660A; JP6436031B2; KR102478863B1; KR20180054615A; CN108026660B; KR20210107902A

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt eine Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls bereit, umfassend: einen Züchtungsofen, in dem ein Tiegel angeordnet ist, der ein geschmolzenes Einkristallmaterial enthält, und der eine Mittelachse aufweist; und eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Magnetfelds, die um den Züchtungsofen herum angeordnet ist und supraleitende Spulen aufweist, wobei die Vorrichtung zum Erzeugen eines Magnetfelds eine Magnetfeldverteilung derartig erzeugt, dass eine magnetische Flussdichteverteilung auf einer X-Achse eine Verteilung ist, die konvex nach oben verläuft, wenn eine Richtung von Magnetkraftlinien an der Mittelachse auf einer horizontalen Ebene, die die Spulenachsen der supraleitenden Spulen umfasst, als X-Achse bestimmt wird, und dass eine magnetische Flussdichte auf der X-Achse 80 % oder weniger eines Sollwerts einer magnetischen Flussdichte an einer Tiegelwand wird, wobei gleichzeitig eine magnetische Flussdichteverteilung auf einer Y-Achse, die rechtwinklig zur X-Achse liegt und sich durch die Mittelachse auf der horizontalen Ebene erstreckt, eine Verteilung ist, die konvex nach unten verläuft, und eine magnetische Flussdichte auf der Y-Achse 140 % oder mehr des Sollwerts der magnetischen Flussdichte an der Tiegelwand wird, wenn die magnetische Flussdichte an der Mittelachse auf der horizontalen Ebene als der Sollwert der magnetischen Flussdichte bestimmt wird. Infolgedessen wird die Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls bereitgestellt, die die Sauerstoffkonzentration in einem zu züchtenden Einkristall reduzieren und Wachstumsstreifen im zu züchtenden Einkristall unterdrücken kann.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls und ein Verfahren zum Ziehen eines Einkristalls anhand derselben.
STAND DER TECHNIK
Jeder Halbleiter wie Silicium oder Gallium-Arsen besteht aus einem Einkristall und wird für Speicher und dergleichen von kleinen bis großen Computern verwendet, und es wurde höhere Kapazität, Kostenreduktion und verbesserte Qualität der Speichervorrichtungen gefordert.
Als eines der Verfahren zum Ziehen eines Einkristalls zum Herstellen von Einkristallen, die diese Abforderungen an die Halbleiter erfüllen, ist herkömmlich ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiters bekannt, der einen großen Durchmesser und hohe Qualität aufweist, indem auf ein geschmolzenes Halbleitermaterial, das in einem Tiegel enthalten ist, ein Magnetfeld angelegt und dadurch Wärmekonvektion gehemmt wird, die in einer Schmelze erzeugt wird (dies wird allgemein als magnetisches Czochralski- (MCZ-)Verfahren bezeichnet).
Ein Beispiel für eine Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls anhand des herkömmlichen CZ-Verfahrens wird nun unter Bezugnahme auf 10 beschrieben. Eine Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls 100 in 10 umfasst einen Züchtungsofen 101, der eine öffenbare/schließbare obere Oberfläche aufweist, und umfasst in diesem Züchtungsofen 101 einen Tiegel 102. Ferner wird um den Tiegel 102 im Züchtungsofen 101 ein Heizgerät 103 zum Erwärmen und Schmelzen eines Halbleitermaterials im Tiegel 102 vorgesehen, und ein supraleitender Magnet 130, der ein Paar supraleitender Spulen 104 (104a und 104b) aufweist, die in einen Kältemittelbehälter 105 als zylinderförmiger Behälter (der nachstehend als zylinderförmiger Kältemittelbehälter bezeichnet wird) eingearbeitet sind, ist außerhalb des Züchtungsofens 101 angeordnet.
Zum Zeitpunkt des Herstellens von Einkristallen wird ein Halbleitermaterial 106 in den Tiegel 102 gegeben und mit dem Heizgerät 103 erhitzt, und das Halbleitermaterial 106 wird geschmolzen. Ein nicht dargestellter Impfkristall wird nach unten bewegt und von oben in diese Schmelze eingeführt, beispielsweise in einen Mittenabschnitt des Tiegels 102, und der Impfkristall wird mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit von einem nicht dargestellten Ziehmechanismus in Ziehrichtung 108 gezogen. Infolgedessen wächst ein Kristall an einer Grenzschicht zwischen einem Feststoff und einer Flüssigkeit und es wird ein Einkristall erzeugt. Zu diesem Zeitpunkt, wenn Flüssigkeitsbewegung der Schmelze, die durch Erhitzen des Heizgeräts 103 ausgelöst wird, d. h. Wärmekonvektion erzeugt wird, kann leicht eine Versetzung des zu ziehenden Einkristalls auftreten und eine Ausbeute bei der Herstellung von Einkristallen wird verringert.
Daher werden die supraleitenden Spulen 104 des supraleitenden Magneten 130 als Gegenmaßnahme verwendet. Das heißt, dass das Halbleitermaterial 106, das die Schmelze ist, bewegungsunterdrückender Kraft durch Magnetkraftlinien 107 unterzogen wird, die von Bestromung der supraleitenden Spulen 104 erzeugt wird, der wachsende Einkristall langsam nach oben gezogen wird, wobei der Impfkristall ohne Erzeugen von Konvektion im Tiegel 102 gezogen wird, und der Einkristall als Festkörper-Einkristall 109 hergestellt wird. Es ist anzumerken, dass der Ziehmechanismus zum Ziehen des Einkristalls 109 entlang einer Mittelachse 110 des Tiegels, obwohl er nicht gezeigt ist, über dem Züchtungsofen 101 vorgesehen ist.
Im Folgenden wird nun ein Beispiel für den supraleitenden Magneten 130, der in der in 10 gezeigten Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls 100 verwendet wird, unter Bezugnahme auf 11 beschrieben. Dieser supraleitende Magnet 130 weist die supraleitenden Spulen 104 (104a und 104b) auf, die in einem zylinderförmigen Vakuumbehälter 119 durch den zylinderförmigen Kältemittelbehälter enthalten sind. In diesem supraleitenden Magneten 130 ist das Paar supraleitender Spulen 104a und 104b untergebracht, die einander durch einen Mittenabschnitt des Vakuumbehälters 119 gegenüberliegen. Das Paar supraleitender Spulen 104a und 104b sind Magnetspulen des Helmholtztyps, die Magnetfelder parallel zur gleichen lateralen Richtung erzeugen, und, wie in 10 gezeigt, werden die achsensymmetrischen Magnetkraftlinien 107 zur Mittelachse 110 des Züchtungsofens 101 und des Vakuumbehälters 119 erzeugt, (eine Position dieser Mittelachse 110 wird als ein Magnetfeldzentrum bezeichnet).
Es ist anzumerken, dass, wie in 10 und 11 gezeigt, dieser supraleitende Magnet 130 eine Stromleitung 111, durch die ein Strom in die beiden supraleitenden Spulen 104a und 104b geleitet wird, eine kleine Heliumkühlvorrichtung 112 zum Kühlen eines ersten Strahlenschutzschilds 117 und eines zweiten Strahlenschutzschilds 118, die im zylinderförmigen Kältemittelbehälter 105 enthalten ist, ein Gasauslassrohr 113, durch das ein Heliumgas in den zylinderförmigen Kältemittelbehälter 105 ausgeleitet wird, einen Serviceanschluss 114, der einen Nachfüllanschluss aufweist, von dem flüssiges Helium nachgefüllt wird und sonstiges umfasst. Der in 10 gezeigte Züchtungsofen ist in einer Bohrung 115 eines solchen supraleitenden Magneten 130 angeordnet.
12 zeigt eine Magnetfeldverteilung des oben beschriebenen herkömmlichen supraleitenden Magneten 130. Da, wie in 11 gezeigt, im herkömmlichen supraleitenden Magneten 130 das Paar der einander gegenüberliegenden supraleitenden Spulen 104a und 104b angeordnet sind, nimmt ein Magnetfeld zu beiden Seiten in jeder Spulenanordnungsrichtung (X-Richtung in 12) allmählich zu, und das Magnetfeld nimmt in einer Richtung nach oben und unten in einer Richtung, die rechtwinklig zu der ersteren verläuft (Y-Richtung in 12) allmählich ab. Da, wie in 12 gezeigt, in einer herkömmlichen Konfiguration ein Magnetfeldgradient im Bereich der Bohrung 115 zu groß ist, ist das Unterdrücken der Wärmekonvektion, die im geschmolzen Einkristallmaterial erzeugt wird unausgeglichen, und die Magnetfeldeffizienz ist schlecht. Wie es durch schraffierte Linien angedeutet wird, die in 12 einen Bereich mit der gleichen magnetische Flussdichte darstellen, ist also Gleichförmigkeit des Magnetfelds in einem Bereich nahe am zentralen Magnetfeld und dessen Umgebung (d. h., dass in 12 eine Kreuzform ausgebildet ist, die von rechts nach links und oben langgestreckt ist) nicht gut, und daher entsteht ein Problem dadurch, dass eine die Wärmekonvektion unterdrückende Wirkung gering ist und kein qualitativ hochwertiger Einkristall gezogen werden kann.
Um das Problem zu lösen offenbart Patentschrift 1, wie in 13(a) und 13(b) gezeigt, dass die Anzahl der supraleitenden Spulen 104 vier oder mehr (z. B., 104a, 104b, 104c und 104d) ist, diese Spulen auf Ebenen in einem zylinderförmigen Behälter angeordnet sind, der konzentrisch um einen Züchtungsofen vorgesehen ist, die jeweilig angeordneten supraleitenden Spulen auf Richtungen eingestellt sind, in denen sie einander durch ein Achsenzentrum des zylinderförmigen Behälters gegenüberliegen, und ein Anordnungswinkel θ (siehe 13(b)), bei dem jedes Paar nebeneinander liegender supraleitender Spulen der Innenseite des zylinderförmigen Behälters gegenüberliegt, auf einen Bereich von 100 Grad bis 130 Grad eingestellt ist (d. h. ein Mittelpunktwinkel α (siehe 13(b)) zwischen zueinander benachbarten Spulenachsen und der X-Achse im Mittelpunkt beträgt 50 Grad bis 80 Grad). Infolgedessen kann ein laterales Magnetfeld, das einen reduzierten Magnetfeldgradienten und hervorragende Gleichförmigkeit aufweist, in einer Bohrung 115 erzeugt werden, eine Magnetfeldverteilung mit konzentrischer Form oder quadratischer Form kann auf einer Ebene erzeugt werden, unausgeglichene elektromagnetische Kraft kann stark unterdrückt werden, wodurch ein gleichförmiger Magnetfeldbereich in Ziehrichtung verbessert werden kann, ein Magnetfeld in lateraler Magnetfeldrichtung wird im Wesentlichen horizontal, die Herstellung eines qualitativ hochwertigen Einkristall kann durch Unterdrücken der unausgeglichenen elektromagnetischen Kraft verwirklicht werden, und diese Patentschrift offenbart auch, dass anhand dieses Verfahrens zum Ziehen eines Einkristalls ein qualitativ hochwertiger Einkristall mit guter Ausbeute gezogen werden kann.
Das heißt, dass in jeder in 14 bis 18 gezeigten Magnetfeldverteilung, in denen die Magnetfeldverteilung gezeigt wird, wenn der Anordnungswinkel θ der supraleitenden Spulen 104a, 104b, 104c und 104d auf 100 Grad, 110 Grad, 115 Grad, 120 Grad und 130 Grad eingestellt ist (d. h. der Mittelpunktwinkel α zwischen den Spulenachsen 80 Grad, 70 Grad, 65 Grad, 60 Grad und 50 Grad beträgt), ein zentrales Magnetfeld in einem ausreichend großen Bereich gleichförmig angeordnet ist. Andererseits ist eine Breite eines zentralen Magnetfelds in Y-Richtung extrem schmal, wenn der Anordnungswinkel θ wie in 19 gezeigt nur 90 Grad beträgt (der Mittelpunktwinkel α zwischen den Spulenachsen beträgt 90 Grad), und die Breite des zentralen Magnetfelds in X-Richtung ist extrem schmal, wenn der Anordnungswinkel θ wie in 20 gezeigt so groß wie 140 Grad ist (der Mittepunktwinkel α zwischen den Spulenachsen beträgt 40 Grad).
Wenn der Anordnungswinkel θ im Bereich von 100 Grad bis 130 Grad eingestellt ist, kann somit im supraleitenden Magneten 130 in 13 ein gleichförmig verteiltes Magnetfeld in der Bohrung 115 vorgesehen werden, die eine konzentrische Form oder quadratische geneigte Form aufweist.
LISTE DER BEZUGSVERWEISE
PATENTLITERATUR
Patentschrift 1: Nicht geprüfte japanische Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 2004-051475
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDES PROBLEM
Als Ergebnis von Untersuchungen durch den betreffenden Erfinder ergaben jedoch umfangreiche Wärmeübertragungsanalysen, die dreidimensionale Schmelzkonvektion umfassten, dass sich die Wärmekonvektion, wie in 14 bis 18 gezeigt, abhängig von einem Querschnitt parallel zur X-Achse und einem Querschnitt vertikal zur X-Achse selbst in einer gleichförmigen Magnetfeldverteilung unterscheidet, wenn die Magnetkraftlinien an der Mittelachse 110 ein laterales Magnetfeld ausbilden, das sich zur X-Achsenrichtung erstreckt.
8 zeigt ein Analyseergebnis eines Zustands, indem ein Einkristall anhand der herkömmlichen Technologie unter Verwendung von zwei in 10 und 11 gezeigten Spulen gezogen wurde, in der Zeichnung zeigt die linke Seite eine Fließgeschwindigkeitsverteilung in einem Querschnitt parallel zur Richtung der Magnetkraftlinien (d. h. der X-Achse) an der Mittelachse 110, und die rechte Seite zeigt eine Fließgeschwindigkeitsverteilung in einem Querschnitt vertikal zur X-Achse (d. h. einen Querschnitt parallel zur Y-Achse). Wenn das Magnetfeld auf diese Weise auf das geschmolzene Halbleitermaterial angelegt wird, wird die Konvektion unterdrückt und insbesondere in der unteren Hälfte des geschmolzenen Halbleitermaterials tritt fast kein Fluss auf, in der oberen Hälfte verbleibt jedoch ein Fließfeld. Falls sich eine leitende Flüssigkeit in einem Magnetfeld bewegt wird induzierter Strom in einer Richtung rechtwinklig zu Magnetkraftlinien und mit einer Geschwindigkeitskomponente vertikal zu den Magnetkraftlinien erzeugt, eine Tiegelwand und eine freie Oberfläche des geschmolzenen Halbleitermaterials werden jedoch eine isolierende Wand, wenn ein Quarztiegel mit elektrisch isolierenden Eigenschaften verwendet wird, und daher fließt der induzierte Strom nicht in rechtwinkliger Richtung zu diesen Elementen. Daher ist die konvektionsunterdrückende Kraft, die von elektromagnetischer Kraft bereitgestellt wird, in einem oberen Abschnitt des geschmolzenen Halbleitermaterials schwach, und ein Vergleich der linken Seite (Querschnitt parallel zur X-Achse) mit der rechten Seite (Querschnitt vertikal zur X-Achse) in 8 zeigt, dass die Konvektion im Querschnitt vertikal zur X-Achse (dem Querschnitt vertikal zu den Magnetkraftlinien) stärker ist, als im Querschnitt parallel zur X-Achse (Querschnitt parallel zu den Magnetkraftlinien).
Andererseits wird in 9 ein Analyseergebnis eines Zustands gezeigt, in dem ein Einkristall mittels der in Patentschrift 1 offenbarten Technologie gezogen wird, bei der die gleichförmige Magnetfeldverteilung von den in 13 gezeigten vier Spulen ausgebildet wird (wobei der Mittelpunktwinkel α zwischen den Spulenachsen 60 θ ist), ein Fließgeschwindigkeitsunterschied zwischen der linken Seite (dem Querschnitt parallel zur X-Achse) und der rechten Seite (dem Querschnitt vertikal zur X-Achse) im Vergleich zu 8 etwas kleiner ist, jedoch eine Fließgeschwindigkeitsverteilung bereitgestellt wird, die in Umfangsrichtung des Tiegels nicht gleichförmig ist.
Hier werden die in 8 und 9 gezeigten Analysenergebnisse unter Zuhilfenahme von FEMAG-TMF als Analysesoftware mittels Simulationsanalyse an einem Zustand erhalten, in dem das Ziehen unter den folgenden Bedingungen zum Ziehen eines Einkristalls durchgeführt wird.

Verwendeter Tiegel: Durchmesser von 800 mm
Lademenge an Einkristallmaterial: 400 kg
Zu züchtender Einkristall: Durchmesser von 306 mm
Länge eines geraden Körperabschnitts eines Einkristalls: 40 cm
Magnetische Flussdichte: eingestellt, um 3000 G an der Mittelachse 110 auf der horizontalen Ebene bereitzustellen, die die Spulenachsen umfasst Drehgeschwindigkeit des Einkristalls: 6 U/min
Drehgeschwindigkeit des Tiegels: 0,03 U/min

Es ist anzumerken, dass es sich bei den in 8 und 9 gezeigten Geschwindigkeiten um Geschwindigkeiten im Querschnitt handelt und eine Geschwindigkeit in Umfangsrichtung nicht einbezogen ist.
Wie aus 8 und 9, der herkömmlichen Technologie und der in Patentschrift 1 offenbarten Technologie ersichtlich ist, erreicht aus dem Quarztiegel eluierender Sauerstoff den Kristall erreicht, da das Fließfeld von der Tiegelwand zu einer Züchtungsschnittstelle im zur X-Achse vertikalen Querschnitt bleibt, und daher tritt ein Problem dadurch auf, dass eine durch das Anlegen eines horizontalen Magnetfelds bereitgestellte Wirkung zum Reduzieren der Sauerstoffkonzentration begrenzt ist, und einer Notwendigkeit für extrem niedrige Sauerstoffkonzentrationen in Halbleiterkristallen für Leistungsgeräte oder Bildsensoren, für die in letzter Zeit hoher Bedarf besteht, nur schwer nachgekommen werden kann. Ferner kann das Vorliegen des in Umfangsrichtung des Tiegels nicht gleichförmigen Fließfelds, Wachstumsstreifen im Einkristall verursachen, der unter Drehen desselben gezogen wird, und eine Schwankung des spezifischen Widerstands/der Sauerstoffkonzentration während einer Rotationsperiode des Kristalls wird beobachtet, wenn der Querschnitt parallel zur Züchtungsrichtung bewertet wird, und daher besteht ein Problem auch darin, dass eine ringförmige Verteilung auf einer Waferebene bereitgestellt wird, die in einer zur Züchtungsrichtung vertikalen Richtung geschnitten wird.
In Anbetracht der oben beschriebenen Problemstellung ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls und ein Verfahren zum Ziehen eines Einkristalls bereitzustellen, mit denen die Sauerstoffkonzentration in einem zu züchtenden Einkristall reduziert und Wachstumsstreifen in dem zu züchtenden Einkristall unterdrückt werden können.
MITTEL ZUR PROBLEMLÖSUNG
Um die oben beschriebene Aufgabe zu lösen, sieht die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls vor, umfassend: einen Züchtungsofen, in dem ein erwärmendes Heizgerät und ein Tiegel angeordnet sind, der ein geschmolzenes Einkristallmaterial enthält, und der eine Mittelachse aufweist; und eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Magnetfelds, die um den Züchtungsofen angeordnet ist und supraleitende Spulen aufweist, wobei die Vorrichtung durch Bestromung der supraleitenden Spulen ein horizontales Magnetfeld an das geschmolzene Einkristallmaterial anlegt, um Konvektion des geschmolzenen Einkristallmaterials im Tiegel zu unterdrücken,
wobei die Vorrichtung zum Erzeugen eines Magnetfelds eine Magnetfeldverteilung derartig erzeugt, dass eine magnetische Flussdichteverteilung auf einer X-Achse eine Verteilung ist, die konvex nach oben verläuft, wenn eine Richtung von Magnetkraftlinien an der Mittelachse auf einer horizontalen Ebene, die die Spulenachsen der supraleitenden Spulen umfasst, als X-Achse bestimmt wird, und dass eine magnetische Flussdichte auf der X-Achse 80 % oder weniger eines Sollwerts einer magnetischen Flussdichte an einer Tiegelwand wird, wobei gleichzeitig eine magnetische Flussdichteverteilung auf einer Y-Achse, die rechtwinklig zur X-Achse liegt und sich durch die Mittelachse auf der horizontalen Ebene erstreckt, eine Verteilung ist, die konvex nach unten verläuft, und eine magnetische Flussdichte auf der Y-Achse 140 % oder mehr des Sollwerts der magnetischen Flussdichte an der Tiegelwand wird, wenn die magnetische Flussdichte an der Mittelachse auf der horizontalen Ebene als der Sollwert der magnetischen Flussdichte bestimmt wird.
Wenn die Vorrichtung zum Erzeugen eines Magnetfelds der Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls zum Erzeugen einer solchen Magnetfeldverteilung konfiguriert ist, wie sie oben beschrieben wurde, kann eine Fließgeschwindigkeit des geschmolzenen Einkristallmaterials selbst im Querschnitt vertikal zur X-Achse reduziert werden, der unzureichende durch elektromagnetische Kraft bereitgestellte konvektionsunterdrückende Kraft aufweist, und eine Fließgeschwindigkeit des geschmolzen Einkristallmaterials im Querschnitt parallel zur X-Achse kann mit einer Fließgeschwindigkeit des geschmolzenen Einkristallmaterials im Querschnitt vertikal zu X-Achse ausgeglichen werden. Wenn die Fließgeschwindigkeit des geschmolzenen Einkristallmaterials selbst im Querschnitt vertikal zur X-Achse reduziert ist, wird eine Zeitdauer verlängert, die von einer Tiegelwand eluierender Sauerstoff zum Erreichen des Einkristalls benötigt, und es ist möglich, die Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls bereitzustellen, die die Sauerstoffkonzentration stark reduzieren kann, die in den Einkristall aufgenommen wird, indem eine Sauerstoffevaporationsmenge von einer freien Oberfläche des geschmolzenen Einkristallmaterials erhöht wird. Außerdem kann die Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls bereitgestellt werden, die die Wachstumsstreifen im Einkristall unterdrücken kann, der durch Ausgleichen der Fließgeschwindigkeit des geschmolzen Einkristallmaterials im Querschnitt parallel zur X-Achse mit der Fließgeschwindigkeit des geschmolzenen Einkristallmaterials im Querschnitt vertikal zu X-Achse gezüchtet werden soll.
Zu diesem Zeitpunkt werden in der Vorrichtung zum Erzeugen eines Magnetfelds zwei Paare supraleitender Spulen, die einander gegenüberliegend angeordnet sind, derartig bereitgestellt, dass jeweilige Spulenachsen davon auf der gleichen horizontalen Ebene enthalten sind, und ein Mittelpunktwinkel α, dessen X-Achse zwischen den Spulenachsen liegt, auf 90 Grad oder mehr und 120 Grad oder weniger eingestellt ist.
Wenn die supraleitenden Spulen der Vorrichtung zum Erzeugen eines Magnetfelds auf diese Weise angeordnet sind, kann eine solche Magnetfeldverteilung, wie sie oben beschrieben wurde, mit Sicherheit erzeugt werden.
Darüber hinaus stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Ziehen eines Einkristalls bereit, das das Ziehen eines Halbleiter-Einkristalls anhand der oben beschriebenen Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls umfasst.
Gemäß einem solchen Verfahren zum Ziehen eines Einkristalls kann die Konzentration des aufzunehmenden Saurestoffs stark reduziert werden, und es kann ein Halbleiter-Einkristall mit unterdrückten Wachstumsstreifen gezüchtet werden.
WIRKUNG DER ERFINDUNG
Wie oben beschrieben kann gemäß der Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls der vorliegenden Erfindung die Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls vorgesehen werden, die die Konzentration des Sauerstoffs stark reduzieren kann, der in den Einkristall aufgenommen wird, und die Wachstumsstreifen im zu züchtenden Einkristall unterdrücken kann. Außerdem kann gemäß dem Verfahren zum Ziehen eines Einkristalls nach der vorliegenden Erfindung die Konzentration des aufzunehmenden Sauerstoffs stark reduziert werden, und es kann der Halbleiter-Einkristall mit unterdrückten Wachstumsstreifen gezüchtet werden.
Figurenliste
Es zeigen:

1 Ansichten, die ein Beispiel für eine Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen;
2 eine Ansicht, die eine Spulenanordnung (eine Ansicht von oben) des Beispiels 1 zeigt;
3 eine Ansicht, die eine Spulenanordnung (eine Ansicht von oben) des Vergleichsbeispiels 1 zeigt;
4 Ansichten, die magnetische Flussdichtenabschnitte in Beispiel 1, Beispiel 3, Vergleichsbeispiel 1 und Vergleichsbeispiel 3 zeigen;
5 Ansichten, die jeweils eine magnetische Flussdichteverteilung auf einer Ebene zeigen, die Spulenachsen umfasst;
6 Ansichten, die jeweils eine Fließgeschwindigkeitsverteilung in einem Schmelzequerschnitt von Beispiel 1, Beispiel 3, Vergleichsbeispiel 1 und Vergleichsbeispiel 3 zeigen;
7 ein Schaubild, das eine Beziehung zwischen einem Mittelpunktwinkel α zwischen Spulenachsen und der Sauerstoffkonzentration in einem Einkristall zeigt;
8 eine Ansicht, die eine Fließgeschwindigkeitsverteilung in einem Schmelzequerschnitt zeigt, wenn ein supraleitender Magnet (zwei Spulen) einer herkömmlichen Technologie verwendet wird;
9 eine Ansicht, die eine Fließgeschwindigkeitsverteilung in einem Schmelzequerschnitt zeigt, wenn ein supraleitender Magnet (vierte Spulen) von Patentschrift 1 verwendet wird;
10 einen schematischen Querschnitt, der ein Beispiel für eine herkömmliche Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls zeigt;
11 eine schematische perspektivische Ansicht, die ein Beispiel für einen supraleitenden Magneten zeigt;
12 eine Ansicht, die eine herkömmliche magnetische Flussdichteverteilung zeigt;
13 eine schematische perspektivische Ansicht und einen schematischen querverlaufenden Querschnitt, der einen supraleitenden Magnet in Patentschrift 1 zeigt;
14 eine Ansicht, die eine magnetische Flussdichteverteilung zeigt, wenn eine Anordnungswinkel θ=100 Grad in 13 ist;
15 eine Ansicht, die eine magnetische Flussdichteverteilung zeigt, wenn ein Anordnungswinkel θ=110 Grad in 13 ist;
16 eine Ansicht, die eine magnetische Flussdichteverteilung zeigt, wenn ein Anordnungswinkel θ=115 Grad in 13 ist;
17 eine Ansicht, die eine magnetische Flussdichteverteilung zeigt, wenn ein Anordnungswinkel θ=120 Grad in 13 ist;
18 eine Ansicht, die eine magnetische Flussdichteverteilung zeigt, wenn ein Anordnungswinkel θ=130 Grad in 13 ist;
19 eine Ansicht, die eine magnetische Flussdichteverteilung zeigt, wenn ein Anordnungswinkel θ=90 Grad in 13 ist; und
20 eine Ansicht, die eine magnetische Flussdichteverteilung zeigt, wenn ein Anordnungswinkel θ=140 Grad in 13 ist.

BESTE METHODE(N) ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Obwohl die vorliegende Erfindung nun nachstehend als eine Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben wird, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt.
Wie oben beschrieben ermöglicht in Patentschrift 1 das Einstellen des Anordnungswinkels θ im Bereich von 100 Grad bis 130 Grad (d. h. der Mittelpunktwinkel α zwischen den Spulenachsen ist 50 Grad bis 80 Grad) das Ausbilden des gleichförmig verteilten Magnetfelds, das in der Bohrung eine konzentrische Form oder eine rechteckige geneigte Form aufweist. Die vom betreffenden Erfinder durchgeführte umfassende Wärmeübertragungsananlyse, die dreidimensionale Schmelzekonvektion umfasst, zeigte jedoch, dass selbst in einer solchen gleichförmigen Magnetfeldverteilung die Wärmekonvektion abhängig vom Querschnitt parallel zur X-Achse und dem Querschnitt vertikal zur X-Achse im lateralen Magnetfeld, in dem sich die Magnetkraftlinien an der Mittelachse 110 zur X-Achsenrichtung erstrecken, unterschiedlich ist. Wenn das Fließfeld von der Tiegelwand zur Wachstumsschnittstelle im zur X-Achse vertikalen Querschnitt verbleibt, tritt, da der aus dem Quarztiegel eluierende Sauerstoff den Kristall erreicht, ein Problem dadurch auf, dass die durch das Anlegen des horizontalen Magnetfelds bereitgestellte Wirkung zum Reduzieren der Sauerstoffkonzentration begrenzt ist, und einer Notwendigkeit für extrem niedrige Sauerstoffkonzentrationen in Halbleiterkristallen für Leistungsgeräte oder Bildsensoren nur schwer nachgekommen werden kann. Ferner kann das Vorliegen des in Umfangsrichtung des Tiegels nicht gleichförmigen Fließfelds, Wachstumsstreifen im Einkristall verursachen, der unter Drehen desselben gezogen wird, und eine Schwankung des spezifischen Widerstands/der Sauerstoffkonzentration während der Rotationsperiode des Kristalls wird beobachtet, wenn der Querschnitt parallel zur Züchtungsrichtung bewertet wird, und daher besteht ein Problem auch darin, dass eine ringförmige Verteilung auf einer Waferebene bereitgestellt wird, die in einer zur Züchtungsrichtung vertikalen Richtung geschnitten wird.
Daher führte der betreffende Erfinder die ernsthaften Studien an einer Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls wiederholt durch, was die Sauerstoffkonzentration in einem zu züchtenden Einkristall reduzieren und Wachstumsstreifen im zu züchtenden Einkristall unterdrücken kann.
Infolgedessen entschied er betreffende Erfinder, eine Magnetfeldverteilung derartig zu erzeugen, dass eine magnetische Flussdichteverteilung auf einer X-Achse eine Verteilung ist, die konvex nach oben verläuft, wenn eine Richtung von Magnetkraftlinien an einer Mittelachse auf einer horizontalen Ebene, die die Spulenachsen der supraleitenden Spulen umfasst, als X-Achse bestimmt wird, und dass die magnetische Flussdichte 80 % oder weniger eines Sollwerts einer magnetischen Flussdichte an einer Tiegelwand wird, wobei gleichzeitig eine magnetische Flussdichteverteilung auf einer Y-Achse, die rechtwinklig zur X-Achse liegt und sich durch die Mittelachse auf der horizontalen Ebene erstreckt, eine Verteilung ist, die konvex nach unten verläuft, und eine magnetische Flussdichte auf der Y-Achse 140 % oder mehr des Sollwerts der magnetischen Flussdichte an der Tiegelwand wird, wenn eine magnetische Flussdichte an der Mittelachse auf der horizontalen Ebene als der Sollwert der magnetischen Flussdichte bestimmt wird. Der betreffende Erfinder stellte fest, dass es durch Erzeugen einer Magnetfeldverteilung, wie es oben beschrieben wurde, möglich ist, eine Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls bereitzustellen, die eine Fließgeschwindigkeit eines geschmolzenen Einkristallmaterials selbst in einem Querschnitt vertikal zur X-Achse reduzieren kann, wenn konvektionsunterdrückende Kraft, die durch elektromagnetische Kraft bereitgestellt wird, unzureichend ist, die Fließgeschwindigkeit des geschmolzen Einkristallmaterials im Querschnitt parallel zur X-Achse mit der Fließgeschwindigkeit des geschmolzenen Einkristallmaterials im Querschnitt vertikal zu X-Achse ausgleichen kann, um eine Zeitdauer zu verlängern, die aus der Tiegelwand eluierender Sauerstoff zum Erreichen eines Einkristalls benötigt, und so die Sauerstoffkonzentration im zu züchtenden Einkristall durch ein Erhöhen der Menge der Sauerstoffevaporation von einer freien Oberfläche des geschmolzenen Einkristallmaterials reduzieren kann, und Wachstumsstreifen im zu züchtenden Einkristall unterdrücken kann, wodurch die vorliegende Erfindung vollendet wird.
Zuerst wird eine Ausführungsform der Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 1 beschrieben.
Die Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls 11 in 1 umfasst einen Züchtungsofen 1, in dem ein erwärmendes Heizgerät 3 und ein Tiegel 2 angeordnet sind, der ein geschmolzenes Einkristallmaterial 6 enthält (das nachstehend als Schmelze bezeichnet wird), und der eine Mittelachse 10 aufweist, und eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Magnetfelds 30, die um den Züchtungsofen 1 herum bereitgestellt ist und supraleitende Spulen aufweist, wobei durch Bestromung der supraleitenden Spulen ein horizontales Magnetfeld auf die Schmelze 6 angelegt wird, und ein Einkristall 9 in Ziehrichtung 8 gezogen wird, während Konvektion der Schmelze 6 im Tiegel 2 unterdrückt wird.
Die Vorrichtung zum Erzeugen eines Magnetfelds 30 erzeugt eine Magnetfeldverteilung derartig, dass eine magnetische Flussdichteverteilung auf einer X-Achse eine Verteilung ist, die konvex nach oben verläuft, wenn eine Richtung von Magnetkraftlinien 7 an der Mittelachse 10 auf einer horizontalen Ebene 12, die die Spulenachsen der supraleitenden Spulen umfasst, als X-Achse bestimmt wird, und dass die magnetische Flussdichte auf der X-Achse 80 % oder weniger eines Sollwerts einer magnetischen Flussdichte an einer Tiegelwand wird, wobei gleichzeitig eine magnetische Flussdichteverteilung auf einer Y-Achse, die rechtwinklig zur X-Achse liegt und sich durch die Mittelachse 10 auf der horizontalen Ebene erstreckt, eine Verteilung ist, die konvex nach unten verläuft, und eine magnetische Flussdichte auf der Y-Achse 140 % oder mehr des Sollwerts der magnetischen Flussdichte an der Tiegelwand wird, wenn die magnetische Flussdichte an der Mittelachse 10 auf der horizontalen Ebene 12 als der Sollwert der magnetischen Flussdichte bestimmt wird.
Wenn die Vorrichtung zum Erzeugen eines Magnetfelds 30 der Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls 11 zum Erzeugen einer solchen Magnetfeldverteilung konfiguriert ist, wie sie oben beschrieben wurde, kann eine Fließgeschwindigkeit des geschmolzenen Einkristallmaterials 6 selbst im Querschnitt vertikal zur X-Achse reduziert werden, wenn die durch elektromagnetische Kraft bereitgestellte konvektionsunterdrückende Kraft unzureichend ist, und eine Fließgeschwindigkeit der Schmelze 6 im Querschnitt parallel zur X-Achse kann mit der Fließgeschwindigkeit der Schmelze 6 im Querschnitt vertikal zu X-Achse ausgeglichen werden. Es ist möglich, die Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls bereitzustellen, die eine Zeitdauer verlängert, die aus der Tiegelwand eluierender Sauerstoff zum Erreichen eines Einkristalls benötigt, um die Fließgeschwindigkeit des geschmolzenen Einkristallmaterials selbst im Querschnitt vertikal zu X-Achse zu reduzieren, und die Konzentration des Sauerstoffs stark reduzieren kann, der in den Einkristall aufgenommen wird, indem eine Sauerstoffevaporationsmenge von einer freien Oberfläche der Schmelze 6 erhöht wird. Ferner kann auch die Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls bereitgestellt werden, die die Wachstumsstreifen im Einkristall 9 unterdrücken kann, der durch Ausgleichen der Fließgeschwindigkeit der Schmelze 6 im Querschnitt parallel zur X-Achse mit der Fließgeschwindigkeit der Schmelze 6 im Querschnitt vertikal zu X-Achse gezüchtet werden soll.
Wie in 1(b) gezeigt, einer Ansicht, die die Vorrichtung zum Erzeugen eines Magnetfelds 30 aus der Sicht von oben zeigt, kann die Vorrichtung zum Erzeugen eines Magnetfelds 30, die eine solche oben beschriebene Magnetfeldverteilung erzeugt, beispielsweise so konfiguriert werden, dass sie eine Spulenanordnung aufweist, in der zwei Paare (d. h. ein Paar aus 4(a) und 4(c) und ein Paar aus 4(b) und 4(d)) supraleitender Spulen 4, die einander gegenüberliegend angeordnet sind, derartig bereitgestellt werden, dass sie auf der gleichen horizontalen Ebene 12 enthalten sind (siehe 1(a)) und jeder Mittelpunktwinkel α, dessen X-Achse zwischen den Spulenachsen 13 liegt, auf 90 Grad oder mehr und 120 Grad oder weniger eingestellt ist.
Das Einstellen des Mittelpunktwinkels α auf 90 Grad oder mehr ermöglicht ein sicheres Erzeugen der oben beschriebenen Magnetfeldverteilung und das Einstellen des Mittelpunktwinkels α auf 120 Grad oder weniger ermöglicht das Anordnen der supraleitenden Spulen ohne die benachbarten supraleitenden Spulen miteinander in Kontakt zu bringen, obwohl der Spulendurchmesser nicht reduziert wird.
Selbstverständlich sind die Spulen nicht auf die beiden Paare beschränkt, solange die oben beschriebene Magnetfeldverteilung erzeugt wird, und es können ein Paar, drei Paare oder mehr übernommen werden.
Eine Ausführungsform eines Verfahrens zum Ziehen eines Einkristalls der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf 1 beschrieben.
Das Verfahren zum Ziehen eines Einkristalls der vorliegenden Erfindung ist zum Ziehen des Halbleiter-Einkristalls 9 mittels der oben beschriebenen Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls 11 in 1 konfiguriert.
Insbesondere wird der Halbleiter-Einkristall 9 wie unten beschrieben gezogen.
Zuerst wird in der Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls 11 ein Halbleitermaterial in den Tiegel 2 gebracht und anhand des erwärmenden Heizgeräts 3 erhitzt, um das Hableitermaterial zu schmelzen (siehe 1(a)).
Dann wird ein von der Vorrichtung zum Erzeugen eines Magnetfelds 30 erzeugtes horizontales Magnetfeld durch Bestromung der supraleitenden Spulen an das geschmolzene Halbleiter-Einkristallmaterial (d. h. die Schmelze) 6 angelegt, und Konvektion der Schmelze 6 im Tiegel 2 wird unterdrückt (siehe 1(a)). Zu diesem Zeitpunkt wird die Magnetfeldverteilung derartig erzeugt, dass eine magnetische Flussdichteverteilung auf der X-Achse eine Verteilung ist, die konvex nach oben verläuft, wenn die Richtung der Magnetkraftlinien 7 an der Mittelachse 10 auf der horizontalen Ebene 12, die die Spulenachsen der supraleitenden Spulen umfasst, als X-Achse bestimmt wird, und dass eine magnetische Flussdichte auf der X-Achse 80 % oder weniger eines Sollwerts einer magnetischen Flussdichte an einer Tiegelwand wird, wobei gleichzeitig eine magnetische Flussdichteverteilung auf der Y-Achse, die rechtwinklig zur X-Achse liegt und sich durch die Mittelachse 10 auf der horizontalen Ebene erstreckt, eine Verteilung ist, die konvex nach unten verläuft, und eine magnetische Flussdichte auf der Y-Achse 140 % oder mehr des Sollwerts der magnetischen Flussdichte an der Tiegelwand wird, wenn eine magnetische Flussdichte an der Mittelachse 10 auf der horizontalen Ebene 12 als der Sollwert der magnetischen Flussdichte bestimmt wird (siehe 1(a)). Als Vorrichtung zum Erzeugen eines Magnetfelds 30, das eine solche oben beschriebene Magnetfeldverteilung erzeugt, kann eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Magnetfelds verwendet werden, die eine Spulenanordnung aufweist, in der zwei Paare supraleitender Spulen 4, die einander gegenüberliegend angeordnet sind, derartig bereitgestellt werden, dass die jeweiligen Spulenachsen 13 auf der gleichen horizontalen Ebene enthalten sind, und der Mittelpunktwinkel α mit einer X-Achse, die zwischen den Spulenachsen 13 liegt, auf 90 Grad oder mehr und 120 Grad oder weniger eingestellt ist.
Obwohl ein unterer Grenzwert der magnetischen Flussdichte an der Tiegelwand auf der X-Achse und ein oberer Grenzwert der magnetische Flussdichte an der Tiegelwand auf der Y-Achse nicht insbesondere eingeschränkt sind, wird für die Zweckmäßigkeit der Vorrichtung in diesem Fall allgemein die magnetische Flussdichte an der Tiegelwand auf der X-Achse 30 % oder mehr des Sollwerts der magnetischen Flussdichte, und die magnetische Flussdichte an der Tiegelwand auf der Y-Achse wird 250 % oder weniger des Sollwerts der magnetische Flussdichte.
Dann wird ein Impfkristall (nicht gezeigt) nach unten bewegt und von beispielsweise über einem Mittenabschnitt des Tiegels 2 in die Schmelze 6 eingeführt, und der Impfkristall wird mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit von einem Ziehmechanismus (nicht gezeigt) in die Ziehrichtung 8 gezogen, während er gedreht wird (siehe 1(a)). Infolgedessen wächst ein Kristall an einer Grenzschicht zwischen einem Feststoff und einer Flüssigkeit und der Halbleiter-Einkristall 9 wird erzeugt.
Gemäß einem solchem Verfahren zum Ziehen eines Einkristalls kann der Halbleiter-Einkristall gezüchtet werden, in dem die Konzentration von aufzunehmendem Sauerstoff stark reduziert wird und Wachstumsstreifen unterdrückt werden.
BEISPIELE
Die vorliegende Erfindung wird nun nachstehend unter Bezugnahme auf Beispiele und Vergleichsbeispiele eingehender beschrieben, die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese beschränkt.
(Beispiel 1)
Die Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls 11 in 1(a) wurde so konfiguriert, dass eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Magnetfelds übernommen wird, die eine in 2 gezeigte Spulenanordnung (d. h. der Mittelpunktwinkel α zwischen den Spulenachsen ist 120 Grad) als Vorrichtung zum Erzeugen eines Magnetfelds 30 aufweist.
Ein Halbleiter-Einkristall wurde anhand einer solchen Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls unter den folgenden Ziehbedingungen gezogen.

Verwendeter Tiegel: Durchmesser von 800 mm
Lademenge an Einkristallmaterial: 400 kg
Zu züchtender Einkristall: Durchmesser von 306 mm
Magnetische Flussdichte: eingestellt, um 3000 G (einen Sollwert der magnetischen Flussdichte) an der Mittelachse 10 auf einer horizontalen Ebene bereitzustellen, die die Spulenachsen umfasst
Drehgeschwindigkeit des Einkristalls: 6 U/min
Drehgeschwindigkeit des Tiegels: 0,03 U/min

Eine magnetische Flussdichteverteilung auf der horizontalen Ebene, die die Spulenachsen in diesem Beispiel umfasst, wurde gemessen. 4(d), 5 und Tabelle 1 zeigen Ergebnisse. Hier zeigt 5(a) eine magnetische Flussdichteverteilung auf einer X-Achse, und 5(b) zeigt eine magnetische Flussdichteverteilung auf einer Y-Achse. In Beispiel 1 ist die magnetische Flussdichteverteilung auf der X-Achse eine Verteilung, die konvex nach oben verläuft (siehe 5(a)), und der magnetische Fluss auf der X-Achse ist 80 % oder weniger (44 %) eines Sollwerts der magnetischen Flussdichte an einer Tiegelwand (siehe Tabelle 1). Außerdem ist in Beispiel 1 die magnetische Flussdichteverteilung auf der Y-Achse eine Verteilung, die konvex nach unten verläuft (siehe 5(b)), und die magnetische Flussdichte auf der Y-Achse ist 140 % oder mehr (203 %) eines Sollwerts der magnetischen Flussdichte an einer Tiegelwand (siehe Tabelle 1).
Darüber hinaus wurde mittels FEMAG-TMF als Analysesoftware Simulationsanalyse an einer Fließgeschwindigkeitsverteilung einer Schmelze 6 an jedem Querschnitt (einem Querschnitt auf der X-Achse und einem Querschnitt auf der Y-Achse) in einem Zustand durchgeführt, in dem eine Länge eines geraden Körperabschnitts des Einkristalls 40 cm wurde, wenn der Einkristall unter den oben beschriebenen Ziehbedingungen gezogen wurde. 6(d) zeigt ein Analyseergebnis.
Die Sauerstoffkonzentration des Halbleiter-Einkristalls, der auf diese Weise gezüchtet wurde, wurde geprüft. 7 zeigt ein Ergebnis. Hier zeigt 7 einen Höchstwert und einen Mindestwert der Sauerstoffkonzentration in jedem Halbleiter-Einkristall und zeigt somit Änderungen der Sauerstoffkonzentration in jedem Halbleiter-Einkristall.
(Beispiel 2)
Es wurde eine Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls verwendet, die die gleiche Struktur wie die von Beispiel 1 aufweist, mit der Ausnahme, dass der Mittelpunktwinkel α zwischen den Spulenachsen auf 110 Grad eingestellt wurde.
Ein Halbleiter-Einkristall wurde anhand einer solchen Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 gezogen.
Eine magnetische Flussdichteverteilung auf einer horizontalen Ebene, die Spulenachsen in diesem Beispiel umfasst, wurde gemessen. 5 und Tabelle 1 zeigen Ergebnisse. In Beispiel 2 ist die magnetische Flussdichteverteilung auf der X-Achse eine Verteilung, die konvex nach oben verläuft (siehe 5(a)), und die magnetische Flussdichte auf der X-Achse ist 80 % oder weniger (52 %) eines Sollwerts der magnetischen Flussdichte an einer Tiegelwand (siehe Tabelle 1). Außerdem ist in Beispiel 2 die magnetische Flussdichteverteilung auf einer Y-Achse eine Verteilung, die konvex nach unten verläuft (siehe 5(b)), und die magnetische Flussdichte auf der Y-Achse ist 140 % oder mehr (183 %) eines Sollwerts der magnetischen Flussdichte an der Tiegelwand (siehe Tabelle 1).
Die Sauerstoffkonzentration des Halbleiter-Einkristalls, der auf diese Weise gezüchtet wurde, wurde geprüft. 7 zeigt ein Ergebnis.
(Beispiel 3)
Es wurde eine Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls verwendet, die die gleiche Struktur wie die von Beispiel 1 aufweist, mit der Ausnahme, dass der Mittelpunktwinkel α zwischen den Spulenachsen auf 100 Grad eingestellt wurde.
Ein Halbleiter-Einkristall wurde anhand einer solchen Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 gezogen.
Eine magnetische Flussdichteverteilung auf einer horizontalen Ebene, die Spulenachsen in diesem Beispiel umfasst, wurde gemessen. 4(c), 5 und Tabelle 1 zeigen Ergebnisse. In Beispiel 3 ist die magnetische Flussdichteverteilung auf der X-Achse eine Verteilung, die konvex nach oben verläuft (siehe 5(a)), und die magnetische Flussdichte auf der X-Achse ist 80 % oder weniger (63 %) eines Sollwerts der magnetischen Flussdichte an einer Tiegelwand (siehe Tabelle 1). Außerdem ist in Beispiel 3 die magnetische Flussdichteverteilung auf einer Y-Achse eine Verteilung, die konvex nach unten verläuft (siehe 5(b)), und die magnetische Flussdichte auf der Y-Achse ist 140 % oder mehr (164 %) eines Sollwerts der magnetischen Flussdichte an der Tiegelwand (siehe Tabelle 1).
Ferner wurde eine Fließgeschwindigkeitsverteilung einer Schmelze 6 im Querschnitt wie in Beispiel 1 analysiert. 6(d) zeigt ein Analyseergebnis.
Die Sauerstoffkonzentration des Halbleiter-Einkristalls, der auf diese Weise gezüchtet wurde, wurde geprüft. 7 zeigt ein Ergebnis.
(Beispiel 4)
Es wurde eine Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls verwendet, die die gleiche Struktur wie die von Beispiel 1 aufweist, mit der Ausnahme, dass der Mittelpunktwinkel α zwischen den Spulenachsen auf 90 Grad eingestellt wurde.
Ein Halbleiter-Einkristall wurde anhand einer solchen Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 gezogen.
Eine magnetische Flussdichteverteilung auf einer horizontalen Ebene, die Spulenachsen in diesem Beispiel umfasst, wurde gemessen. 5 und Tabelle 1 zeigen Ergebnisse. In Beispiel 4 ist die magnetische Flussdichteverteilung auf der X-Achse eine Verteilung, die konvex nach oben verläuft (siehe 5(a)), und die magnetische Flussdichte auf der X-Achse ist 80 % oder weniger (76 %) eines Sollwerts der magnetischen Flussdichte an einer Tiegelwand (siehe Tabelle 1). Außerdem ist in Beispiel 4 die magnetische Flussdichteverteilung auf einer Y-Achse eine Verteilung, die konvex nach unten verläuft (siehe 5(b)), und die magnetische Flussdichte auf der Y-Achse ist 140 % oder mehr (145 %) eines Sollwerts der magnetischen Flussdichte an der Tiegelwand (siehe Tabelle 1).
Die Sauerstoffkonzentration des Halbleiter-Einkristalls, der auf diese Weise gezüchtet wurde, wurde geprüft. 7 zeigt ein Ergebnis.
(Vergleichsbeispiel 1)
Die Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls 11 in 1(a) wurde so konfiguriert, dass eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Magnetfelds übernommen wird, die eine in 3 gezeigte Spulenanordnung (d. h. der Mittelpunktwinkel α zwischen den Spulenachsen ist 60 Grad) als Vorrichtung zum Erzeugen eines Magnetfelds 30 aufweist.
Ein Halbleiter-Einkristall wurde anhand einer solchen Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 gezogen.
Eine magnetische Flussdichteverteilung auf einer horizontalen Ebene, die Spulenachsen in diesem Beispiel umfasst, wurde gemessen. 4(a), 5 und Tabelle 1 zeigen Ergebnisse. In Vergleichseispiel 1 ist die magnetische Flussdichteverteilung auf einer X-Achse eine Verteilung, die konvex nach unten verläuft (siehe 5(a)), und die magnetische Flussdichte auf der X-Achse ist größer als 80 % (121 %) eines Sollwerts der magnetischen Flussdichte an einer Tiegelwand (siehe Tabelle 1). Außerdem ist in Vergleichsbeispiel 1 die magnetische Flussdichteverteilung auf einer Y-Achse im Wesentlichen konstant (siehe 5(b)), und die magnetische Flussdichte auf der Y-Achse ist geringer als 140 % (102 %) des Sollwerts der magnetischen Flussdichte an einer Tiegelwand (siehe Tabelle 1).
Ferner wurde eine Fließgeschwindigkeitsverteilung einer Schmelze 6 im Querschnitt wie in Beispiel 1 analysiert. 6(a) zeigt ein Analyseergebnis.
Die Sauerstoffkonzentration des Halbleiter-Einkristalls, der auf diese Weise gezüchtet wurde, wurde geprüft. 7 zeigt ein Ergebnis.
(Vergleichsbeispiel 2)
Es wurde eine Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls verwendet, die die gleiche Struktur wie die von Vergleichsbeispiel 1 aufweist, mit der Ausnahme, dass der Mittelpunktwinkel α zwischen den Spulenachsen auf 70 Grad eingestellt wurde.
Ein Halbleiter-Einkristall wurde anhand einer solchen Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 gezogen.
Eine magnetische Flussdichteverteilung auf einer horizontalen Ebene, die Spulenachsen in diesem Beispiel umfasst, wurde gemessen. 5 und Tabelle 1 zeigen Ergebnisse. In Vergleichseispiel 2 ist die magnetische Flussdichteverteilung auf einer X-Achse eine Verteilung, die konvex nach unten verläuft (siehe 5(a)), und die magnetische Flussdichte auf der X-Achse ist größer als 80 % (105 %) eines Sollwerts der magnetischen Flussdichte an einer Tiegelwand (siehe Tabelle 1). Außerdem ist in Vergleichsbeispiel 2 die magnetische Flussdichteverteilung auf einer Y-Achse eine Verteilung, die konvex nach unten verläuft (siehe 5(b)), und die magnetische Flussdichte auf der Y-Achse ist geringer als 140 % (114 %) des Sollwerts der magnetischen Flussdichte an einer Tiegelwand (siehe Tabelle 1).
Die Sauerstoffkonzentration des Halbleiter-Einkristalls, der auf diese Weise gezüchtet wurde, wurde geprüft. 7 zeigt ein Ergebnis.
(Vergleichsbeispiel 3)
Es wurde eine Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls verwendet, die die gleiche Struktur wie die von Vergleichsbeispiel 1 aufweist, mit der Ausnahme, dass der Mittelpunktwinkel α zwischen den Spulenachsen auf 80 Grad eingestellt wurde.
Ein Halbleiter-Einkristall wurde anhand einer solchen Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 gezogen.
Eine magnetische Flussdichteverteilung auf einer horizontalen Ebene, die Spulenachsen in diesem Beispiel umfasst, wurde gemessen. 4(b), 5 und Tabelle 1 zeigen Ergebnisse. In Vergleichseispiel 3 ist die magnetische Flussdichteverteilung auf einer X-Achse eine Verteilung, die konvex nach oben verläuft (siehe 5(a)), und die magnetische Flussdichte auf der X-Achse ist größer als 80 % (90 %) eines Sollwerts einer magnetischen Flussdichte an einer Tiegelwand (siehe Tabelle 1). Außerdem ist in Vergleichsbeispiel 3 die magnetische Flussdichteverteilung auf einer Y-Achse eine Verteilung, die konvex nach unten verläuft (siehe 5(b)), und die magnetische Flussdichte auf der Y-Achse ist geringer als 140 % (129 %) des Sollwerts der magnetischen Flussdichte an der Tiegelwand (siehe Tabelle 1).
Ferner wurde eine Fließgeschwindigkeitsverteilung einer Schmelze 6 im Querschnitt wie in Beispiel 1 analysiert. 6(b) zeigt ein Analyseergebnis.

Die Sauerstoffkonzentration des Halbleiter-Einkristalls, der auf diese Weise gezüchtet wurde, wurde geprüft. 7 zeigt ein Ergebnis. [Tabelle 1]

		Mittelpunktwinkel zwischen Spulenachsen Grad	Wert an der Tiegelwand auf der X-Achse [G]	Prozentsatz des Sollwerts* [%]	Wert an der Tiegelwand auf der Y-Achse [G]	Prozentsatz des Sollwerts* [%]
Vergleichsbeispiel 1		60	3630	121	3080	102
Vergleichsbeispiel 2		70	3160	105	3430	114
Vergleichsbeispiel 3		80	2700	90	3870	129
Beispiel 1		120	1330	44	6090	203
Beispiel 2		110	1580	52	5510	183
Beispiel 3		100	1900	63	4920	164
Beispiel 4		90	2280	76	4370	145
	*Der Sollwert ist 3000 G

Wie aus 6 ersichtlich ist, ist in Beispiel 1 und 3, wo die magnetische Flussdichteverteilung auf der X-Achse die Verteilung ist, die konvex nach oben verläuft, die magnetische Flussdichte auf der X-Achse 80 % oder weniger des Sollwerts der magnetischen Flussdichte an der Tiegelwand, wobei gleichzeitig die magnetische Flussdichteverteilung auf der Y-Achse die Verteilung ist, die konvex nach unten verläuft, und die magnetische Flussdichte auf der Y-Achse ist 140 % oder mehr des Sollwerts der magnetischen Flussdichte an der Tiegelwand, die Fließgeschwindigkeit der Schmelze im Querschnitt auf der Y-Achse ist reduziert und ein Unterschied zwischen der Fließgeschwindigkeit der Schmelze im Querschnitt auf der X-Achse und der Fließgeschwindigkeit der Schmelze im Querschnitt der Y-Achse ist im Vergleich zu Vergleichsbeispiel 1 und 3 reduziert, die die Bedingungen an die magnetische Flussdichteverteilung nicht erfüllen.
Wie aus 7 ersichtlich ist, ist außerdem in Beispiel 1 bis 4, die die oben beschriebenen Bedingungen für magnetische Flussdichteverteilung erfüllen, die Sauerstoffkonzentration des gezüchteten Halbleiter-Einkristalls reduziert, und Änderungen der Sauerstoffkonzentration sind im Vergleich zu Vergleichsbeispiel 1 bis 3, die die oben beschriebenen Bedingungen für magnetische Flussdichte nicht erfüllen, ebenfalls reduziert.
Wie aus 5 und Tabelle 1 ersichtlich ist, ermöglicht darüber hinaus das Einstellen des Mittelpunktwinkels α zwischen den Spulenachsen auf 90 Grad oder mehr und 120 Grad oder weniger das Erzeugen einer Magnetfeldverteilung, die den Bedingungen an die magnetische Flussdichteverteilung entspricht.
Es ist zu anzumerken, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die Ausführungsform beschränkt ist. Die Ausführungsform ist lediglich ein veranschaulichendes Beispiel und alle Beispiele, die die gleiche Konfiguration aufweisen, und die von den gleichen Funktionen und Wirkungen wie die im Umfang der Ansprüchen der vorliegenden Erfindung beschriebenen technischen Konzepte Gebrauch machen, sind in den technischen Umfang der vorliegenden Erfindung einbezogen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2004051475 [0013]

Claims

Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls, umfassend: einen Züchtungsofen, in dem ein erwärmendes Heizgerät und ein Tiegel angeordnet sind, der ein geschmolzenes Einkristallmaterial enthält, und der eine Mittelachse aufweist; und eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Magnetfelds, die um den Züchtungsofen herum angeordnet ist und supraleitende Spulen aufweist, wobei die Vorrichtung durch Bestromung der supraleitenden Spulen ein horizontales Magnetfeld an das geschmolzene Einkristallmaterial anlegt, um Konvektion des geschmolzenen Einkristallmaterials im Tiegel zu unterdrücken, wobei die Vorrichtung zum Erzeugen eines Magnetfelds eine Magnetfeldverteilung derartig erzeugt, dass eine magnetische Flussdichteverteilung auf einer X-Achse eine Verteilung ist, die konvex nach oben verläuft, wenn eine Richtung von Magnetkraftlinien an der Mittelachse auf einer horizontalen Ebene, die die Spulenachsen der supraleitenden Spulen umfasst, als X-Achse bestimmt wird, und dass eine magnetische Flussdichte auf der X-Achse 80 % oder weniger eines Sollwerts einer magnetischen Flussdichte an einer Tiegelwand wird, wobei gleichzeitig eine magnetische Flussdichteverteilung auf einer Y-Achse, die rechtwinklig zur X-Achse liegt und sich durch die Mittelachse auf der horizontalen Ebene erstreckt, eine Verteilung ist, die konvex nach unten verläuft, und eine magnetische Flussdichte auf der Y-Achse 140 % oder mehr des Sollwerts der magnetischen Flussdichte an der Tiegelwand wird, wenn die magnetische Flussdichte an der Mittelachse auf der horizontalen Ebene als der Sollwert der magnetischen Flussdichte bestimmt wird.
Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls nach Anspruch 1, wobei in der Vorrichtung zum Erzeugen eines Magnetfelds zwei Paare supraleitender Spulen, die einander gegenüberliegend angeordnet sind, derartig bereitgestellt sind, dass jeweilige Spulenachsen davon auf der gleichen horizontalen Ebene enthalten sind, und ein Mittelpunktwinkel α, dessen X-Achse zwischen den Spulenachsen liegt, auf 90 Grad oder mehr und 120 Grad oder weniger eingestellt ist.
Verfahren zum Ziehen eines Einkristalls, das das Ziehen eines Halbleiter-Einkristalls anhand der Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls nach Anspruch 1 oder 2 umfasst.