DE112017003197T5

DE112017003197T5 - Verfahren zur Herstellung von Siliciumeinkristall

Info

Publication number: DE112017003197T5
Application number: DE112017003197.4T
Authority: DE
Inventors: Yasuhito Narushima; Toshimichi Kubota
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2016-06-27
Filing date: 2017-04-26
Publication date: 2019-03-14
Also published as: JP6786905B2; US10982350B2; WO2018003264A1; US20190186042A1; CN109415842A; CN109415842B; JP2018002490A

Abstract

Ein Herstellungsverfahren für einkristallines Silicium schließt ein: Ausbildung einer Schulter des einkristallinen Siliciums; und Ausbildung eines geraden Körpers des einkristallinen Siliciums. Bei der Ausbildung der Schulter wird die Schulter so ausgebildet, dass ein Teil von Wachstumsstreifen, die sich radial über die Schulter erstrecken, ein äußeres Ende hat, das von einem anderen Teil der Wachstumsstreifen so unterbrochen wird, dass es einen Umfangsbereich der Schulter nicht erreicht, und dass keine Zone eines Wiederaufschmelzwachstums mit einer Höhe von 200 µm oder mehr in einer Wachstumsrichtung erzeugt wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für einkristallines Silicium.
STAND DER TECHNIK
In letzter Zeit besteht Nachfrage nach einkristallinem Silicium mit niedrigem Widerstand. In einem bekannten Herstellungsverfahren für solches einkristallines Silicium, bei dem ein Dotierungsmittel vom n-Typ dicht hinzugefügt wird, ist die Einkristallbildung manchmal erschwert und daher wurden Studien zur Vermeidung eines solchen Problems durchgeführt (siehe beispielsweise Patentliteratur 1).
Patentliteratur 1 offenbart, dass die Zugabe einer großen Menge des Dotierungsmittels eine Gefrierpunkterniedrigung signifikant steigert und so eine Unterkühlung der Zusammensetzung (compositional supercooling) hervorruft, und ein anormales Wachstum (Zellwachstum), das sich von einem Siliciumwachstum an einer Siliciumwachstumsfläche unterscheidet, an einer Grenzfläche des Kristallwachstums induziert wird, wenn eine solche Unterkühlung der Zusammensetzung groß ist, was die Einkristallbildung erschwert.
Gemäß dem Herstellungsverfahren der Patentliteratur 1, das berücksichtigt, dass ein Temperaturgradient in einer Siliciumschmelze nicht direkt gemessen werden kann, wird einkristallines Silicium derart hergestellt, dass ein vorgegebener Zusammenhang zwischen einem Temperaturgradienten des einkristallinen Siliciums, auf den anstelle des Temperaturgradienten in der Siliciumschmelze Bezug genommen wird, einer Dotierungsmittelkonzentration in der Siliciumschmelze, einer Hochziehgeschwindigkeit und einem Koeffizienten, der dem Typ des Dotierungsmittels entspricht, erfüllt ist.
LITERATURLISTE
PATENTLITERATUR
Patentliteratur 1 JP 2008-297167 A
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE AUFGABE(N)
Jedoch tritt Versetzung (Dislokation) manchmal in einem frühen Stadium des Kristallwachstums in dem Verfahren zur Herstellung des einkristallinen Siliciums auf und erschwert so die Einkristallbildung, was gezeigt hat, dass das Verfahren der Patentliteratur 1 das Problem nicht immer vermeiden kann.
Es ist eine erfindungsgemäße Aufgabe, ein Herstellungsverfahren für einkristallines Silicium zur Verfügung zu stellen, das einkristallines Silicium mit stabiler Qualität herstellen kann.
MITTEL ZUR LÖSUNG DER AUFGABE(N)
Nach eingehenden Studien haben die Erfinder folgendes herausgefunden.
Wachstumsstreifen (growth striations) bilden sich im Inneren von einkristallinem Silicium. Die Wachstumsstreifen haben keine ebene Form sondern eine gebogene Form in Übereinstimmung mit der Form einer Fest-Flüssig-Grenzfläche, die bei dem Verfahren zur Herstellung von einkristallinem Silicium erhalten wird (z.B. eine im Zentrum nach oben eingedrückte gebogene Form). Wenn die Oberflächentemperatur der Siliciumschmelze in der Nachbarschaft des einkristallinen Siliciums stabil ist, haben die Wachstumsstreifen im Wesentlichen dieselbe Form.
Die Oberfläche der Siliciumschmelze unterliegt jedoch nicht nur der Konvektion der Siliciumschmelze, sondern auch Faktoren, die die Temperatur instabil machen, wie die Wärmeextraktion durch ein Spülgas und die von der Verdampfung des Dotierungsmittels resultierende Verdampfungswärme. Wenn in Folge einer instabilen Oberflächentemperatur der Siliciumschmelze eine Siliciumschmelze mit hoher Temperatur in die Fest-Flüssig-Grenzfläche eintritt, wird das einkristalline Silicium geschmolzen (wieder aufgeschmolzen) und härtet erneut und so werden gebogene Wachstumsstreifen erzeugt, die beispielsweise im Zentrum nach unten eingedrückt sind. Wie in 1 gezeigt ist, wurde folglich herausgefunden, dass sich eine Zone A eines Wiederaufschmelzwachstums (remelt growth area) zwischen dem untersten Wachstumsstreifen (P1) von nach oben eingedrückten Wachstumsstreifen, die sich radial über eine Schulter erstrecken, und dem obersten Wachstumsstreifen (P2) von nach unten eingedrückten Wachstumsstreifen unterhalb des Wachstumsstreifens P1 und in einem Umfangsbereich der Schulter eines einkristallinen Siliciums (SM) ausbildet.
Ferner wurde als Ergebnis von Untersuchungen zu einem Zusammenhang zwischen der Erzeugung der Zone A des Wiederaufschmelzwachstums und des Auftretens von Dislokation, gefunden, dass eine Zone A des Wiederaufschmelzwachstums mit einem Maximalwert der Höhe (H) (nachstehend einfach als „Höhe“ bezeichnet) von 200 µm oder mehr erzeugt wird mit dem Auftreten von Dislokation in der Schulter und folglich Dislokation in einem geraden Körper. Im Gegensatz hierzu wurde herausgefunden, dass keine Dislokation in der Schulter und dem geraden Körper auftritt, wenn die Zone A des Wiederaufschmelzwachstums mit der Höhe (H) von 200 µm oder mehr nicht erzeugt wird.
Die Erfindung beruht auf dem obigen Befund.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung schließt ein Herstellungsverfahren für einkristallines Silicium gemäß einem Czochralski-Verfahren unter Verwendung einer Vorrichtung zum Hochziehen eines Einkristalls, die eine Kammer; einen Tiegel, der sich in der Kammer befindet; eine Heizung, die so konfiguriert ist, dass sie den Tiegel heizt und so eine Schmelze mit hinzugefügtem Dotierungsmittel erzeugt, die eine Siliciumschmelze und ein zu der Siliciumschmelze hinzugefügtes Dotierungsmittel umfasst; und eine Hochzieheinheit, die so konfiguriert ist, dass sie einen Keimkristall hochzieht, nachdem der Keimkristall Kontakt mit der Schmelze mit hinzugefügtem Dotierungsmittel gebracht wurde, einschließt, ein: Ausbildung einer Schulter des einkristallinen Siliciums, und Ausbildung eines geraden Körpers des einkristallinen Siliciums. Bei der Ausbildung der Schulter wird die Schulter so ausgebildet, dass ein Teil von Wachstumsstreifen, die sich radial über die Schulter erstrecken, ein äußeres Ende hat, das von einem anderen Teil der Wachstumsstreifen so unterbrochen wird, dass es einen Umfangsbereich der Schulter nicht erreicht, und dass keine Zone eines Wiederaufschmelzwachstums mit einer Höhe von 200 µm oder mehr in einer Wachstumsrichtung erzeugt wird.
In dem obigen Aspekt tritt keine Dislokation in der Schulter und dem geraden Körper auf, so dass einkristallines Silicium mit stabiler Qualität hergestellt werden kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung schließt ein Herstellungsverfahren für einkristallines Silicium gemäß einem Czochralski-Prozess unter Verwendung einer Vorrichtung zum Hochziehen eines Einkristalls, die eine Kammer; einen Tiegel, der sich in der Kammer befindet; eine Heizung, die so konfiguriert ist, dass sie den Tiegel heizt und so eine Schmelze mit hinzugefügtem Dotierungsmittel, die eine Siliciumschmelze und roten Phosphor oder Arsen als ein zu der Siliciumschmelze hinzugefügtes Dotierungsmittel umfasst, erzeugt; und eine Hochzieheinheit, die so konfiguriert ist, dass sie einen Einkristall hochzieht, nachdem der Keimkristall mit der Schmelze mit hinzugefügtem Dotierungsmittel in Kontakt gebracht wurde, einschließt, ein: Ausbildung einer Schulter des einkristallinen Siliciums; und Ausbildung eines geraden Körpers mit einem Zieldurchmesser von 200 mm oder mehr. Bei der Ausbildung der Schulter wird der Tiegel mit 16 U/min oder mehr rotiert.
Obwohl eine typische Rotationsgeschwindigkeit des Tiegels für den Schritt der Ausbildung des geraden Körpers von 2 U/min bis 12 U/min reicht, wird der Tiegel in dem obigen Aspekt mit einer relativ hohen Geschwindigkeit rotiert, wie oben beschrieben, dadurch die Konvektion der Siliciumschmelze verringert und folglich die Schwankung der Temperatur an der Oberfläche der Siliciumschmelze verringert. Eine derart einfache Anpassung der Geschwindigkeit des Tiegels kann das Wiederaufschmelzen in Folge der Destabilisierung der Temperatur und folglich die Erzeugung der Zone A des Wiederaufschmelzwachstums verringern. Auf diese Weise tritt keine Dislokation in der Schulter und dem geraden Körper auf, so dass einkristallines Silicium mit stabiler Qualität hergestellt werden kann.
In dem obigen Aspekt wird bei der Ausbildung der Schulter der Tiegel mit 16 U/min oder mehr rotiert, bis zu einem Zeitpunkt, an dem ein Durchmesser der sich bildenden Schulter die Hälfte des Zieldurchmessers des geraden Körpers oder mehr erreicht, und die Rotationsgeschwindigkeit des Tiegels wird zu diesem Zeitpunkt oder danach verringert.
In ähnlicher Weise verursacht in dem Schritt der Ausbildung des geraden Körpers eine Rotation des Tiegels mit 16 U/min oder mehr manchmal eine ungleichmäßige Verteilung innerhalb der Ebene, beispielsweise der Sauerstoffkonzentration und des spezifischen Widerstands des geraden Körpers, so dass die Rotationsgeschwindigkeit des Tiegels für den Schritt der Ausbildung des geraden Körpers verringert werden muss. Wenn die Rotationsgeschwindigkeit des Tiegels jedoch zu einem Zeitpunkt zu verringern begonnen wird, bevor der Durchmesser der Schulter die Hälfte des Zieldurchmessers des geraden Körpers erreicht, kann Dislokation nicht wirksam verringert werden, selbst wenn der Tiegel mit 16 U/min oder mehr rotiert wird.
In dem obigen Aspekt wird die Rotationsgeschwindigkeit des Tiegels unter den obigen Bedingungen kontrolliert, was nicht nur die Dislokation in dem geraden Körper, sondern auch die ungleichmäßige Verteilung beispielsweise der Sauerstoffkonzentration und des spezifischen Widerstandes reduziert.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung schließt ein Herstellungsverfahren für einkristallines Silicium gemäß einem Czochralski-Prozess unter Verwendung einer Vorrichtung zum Hochziehen eines Einkristalls, die eine Kammer; einen Tiegel, der sich in der Kammer befindet; eine Heizung, die so konfiguriert ist, dass sie eine Schmelze mit hinzugefügtem Dotierungsmittel, die eine Siliciumschmelze und roten Phosphor oder Arsen als ein zu der Siliciumschmelze hinzugefügtes Dotierungsmittel umfasst, erzeugt, wobei die Heizung eine obere Heizung, die so konfiguriert ist, dass sie eine Oberfläche an der Oberseite des Tiegels heizt, und eine untere Heizung, die so konfiguriert ist, dass sie eine Oberfläche an der Unterseite des Tiegels heizt, umfasst; und eine Hochzieheinheit, die so konfiguriert ist, dass sie einen Keimkristall hochzieht, nachdem der Keimkristall mit der Schmelze mit hinzugefügtem Dotierungsmittel in Kontakt gebracht wurde, einschließt, ein: Ausbildung einer Schulter des einkristallinen Siliciums; und Ausbildung eines geraden Körpers mit einem Zieldurchmesser von 200 mm oder mehr. Bei der Ausbildung der Schulter wird der Tiegel mit 14 U/min oder mehr rotiert bis zu einem Zeitpunkt, an dem ein Durchmesser der sich bildenden Schulter die Hälfte des Zieldurchmessers des geraden Körpers oder mehr erreicht, während der Tiegel derart geheizt wird, dass ein Heizverhältnis, das berechnet wird durch Dividieren eines Volumens von Hitze von der unteren Heizung durch ein Volumen von Hitze von der oberen Heizung, von einem vorgegebenen Wert von 1 oder mehr erhöht wird; und eine Rotationsgeschwindigkeit des Tiegels wird zu diesem Zeitpunkt oder danach verringert, während das Heizverhältnis konstant gehalten wird.
Wie oben beschrieben, ist die Oberfläche der Schmelze mit hinzugefügtem Dotierungsmittel einer großen Wärmeextraktion durch Spülgas und/oder Verdampfungswärme, die aus der Verdampfung des Dotierungsmittels resultiert, ausgesetzt, so dass die Temperatur der Flüssigkeit an der Oberfläche der Schmelze mit hinzugefügtem Dotierungsmittel instabil wird.
In dem obigen Aspekt wird das Heizverhältnis größer als 1 eingestellt (d.h., das Volumen von Hitze der unteren Heizung ist größer eingestellt als das der oberen Heizung, um die Konvektion, die von dem Boden des Tiegels aufsteigt und in Richtung der Außenseite des Tiegels fließt, nachdem sie die Fest-Flüssig-Grenzfläche erreicht hat, zu erhöhen). Diese Konvektion fließt in entgegengesetzter Richtung zu der Richtung für die Konvektion mit einer instabilen Temperatur der Flüssigkeit, die von der Oberfläche der Schmelze mit hinzugefügtem Dotierungsmittel dem Kristall entgegenfließt, und vermeidet somit, dass die Schmelze mit einer instabilen Temperatur der Flüssigkeit in die Fest-Flüssig-Grenzfläche eintritt, während die Schmelze mit einer relativ stabilen Temperatur der Flüssigkeit belassen wird, die von dem Boden aufsteigt und in die Fest-Flüssig-Grenzfläche fließt. Dies verringert das Wiederaufschmelzen infolge der Destabilisierung der Temperatur und folglich die Erzeugung der Zone A des Wiederaufschmelzwachstums. Deshalb tritt keine Dislokation in der Schulter und dem geraden Körper auf, so dass einkristallines Silicium mit stabiler Qualität hergestellt werden kann.
Figurenliste

1 zeigt schematisch eine Zone eines Wiederaufschmelzwachstums.
2 zeigt schematisch einen Aufbau einer Vorrichtung zum Hochziehen eines Einkristalls gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
3 zeigt Herstellungsbedingungen gemäß der beispielhaften Ausführungsform.
4A zeigt Herstellungsbedingungen gemäß einer Modifikation der Erfindung, insbesondere einen Zusammenhang zwischen der Länge des einkristallinen Siliciums und der Rotationsgeschwindigkeit des Tiegels.
4B zeigt Herstellungsbedingungen gemäß der Modifikation der Erfindung, insbesondere einen Zusammenhang zwischen der Länge des einkristallinen Siliciums und einem Heizverhältnis.
5 zeigt Herstellungsbedingungen für Experiment 1 in den erfindungsgemäßen Beispielen.
6 ist ein auf Experiment 2 in den Beispielen bezogener Graph, der einen Zusammenhang zwischen der Höhe und der Anzahl der Zone(n) des Wiederaufschmelzwachstums zeigt.
7A ist ein auf Experiment 3 in den Beispielen bezogener Graph, der eine Temperaturschwankung der Oberfläche der Schmelze bei einer Rotationsgeschwindigkeit des Tiegels von 10 U/min zeigt.
7B ist ein auf Experiment 3 in den Beispielen bezogener Graph, der eine Temperaturschwankung der Oberfläche der Schmelze bei einer Rotationsgeschwindigkeit des Tiegels von 12 U/min zeigt.
7C ist ein auf Experiment 3 in den Beispielen bezogener Graph, der eine Temperaturschwankung der Oberfläche der Schmelze bei einer Rotationsgeschwindigkeit des Tiegels von 14 U/min zeigt.
8A ist ein auf Experiment 3 in den Beispielen bezogener Graph, der eine Temperaturschwankung der Oberfläche der Schmelze bei einer Rotationsgeschwindigkeit des Tiegels von 16 U/min zeigt.
8B ist ein auf Experiment 3 in den Beispielen bezogener Graph, der eine Temperaturschwankung der Oberfläche der Schmelze bei einer Rotationsgeschwindigkeit des Tiegels von 18 U/min zeigt.
8C ist ein auf Experiment 3 in den Beispielen bezogener Graph, der eine Temperaturschwankung der Oberfläche der Schmelze bei einer Rotationsgeschwindigkeit des Tiegels von 20 U/min zeigt.
9 zeigt Herstellungsbedingungen für Experiment 4 in den Beispielen.
10A zeigt Herstellungsbedingungen für Experiment 5 in den Beispielen, insbesondere einen Zusammenhang zwischen der Länge des einkristallinen Siliciums und der Rotationsgeschwindigkeit des Tiegels.
10B zeigt Herstellungsbedingungen für Experiment 5 in den Beispielen, insbesondere einen Zusammenhang zwischen der Länge des einkristallinen Siliciums und dem Heizverhältnis.
11 ist ein auf Experiment 6 in den Beispielen bezogener Graph, der einen Zusammenhang zwischen dem spezifischen Widerstand und der Rotationsgeschwindigkeit des Tiegels, die keine Dislokation hervorruft, zeigt.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORM(EN)
Beispielhafte Ausführungsform(en)
Eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Aufbau einer Vorrichtung zum Hochziehen eines Einkristalls
Wie in 2 gezeigt ist, schließt eine Vorrichtung (1) zum Hochziehen eines Einkristalls, die eine für den CZ (Czochralski)-Prozess verwendbare Vorrichtung ist, einen Körper (2) der Hochziehvorrichtung und eine Steuerungseinheit (3) ein.
Der Körper (2) der Hochziehvorrichtung schließt eine Kammer (21), einen im Zentrum der Kammer (21) angeordneten Tiegel (22), eine Heizung (23), die so ausgelegt ist, dass sie den Tiegel (22) heizt, einen wärmeisolierenden Zylinder (24), ein Hochziehkabel (25) (Hochzieheinheit) und ein Hitzeschild (26) ein.
Ein Gaseinlass (21A), durch den ein Inertgas (z.B. Ar-Gas) in die Kammer (21) eingelassen wird, ist an einem oberen Teil der Kammer (21) vorgesehen. Ein Gasauslass (21B), durch den das Gas in der Kammer (21) abgelassen wird, wenn eine Vakuumpumpe (nicht gezeigt) betrieben wird, ist an einem unteren Teil der Kammer (21) vorgesehen.
Das Inertgas wird mit einer vorgegebenen Gasflussrate durch den Gaseinlass (21A) am oberen Teil der Kammer (21) unter Steuerung durch die Steuerungseinheit (3) in die Kammer (21) eingelassen. Das eingelassene Gas wird dann durch den Gasauslass (21B) am unteren Teil der Kammer (21) abgelassen, nachdem es im Inneren der Kammer (21) von der Oberseite zur Unterseite geflossen ist.
Der Druck (Ofendruck) innerhalb der Kammer (21) soll mit der Steuerungseinheit (3) gesteuert werden.
Der Tiegel (22) ist so ausgelegt, dass er polykristallines Silicium (d.h., ein Material eines Silicium-Wafers) schmilzt und so eine Siliciumschmelze (M) bereitstellt. Der Tiegel (22) wird durch eine Tragewelle (27) getragen, die mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit rotierbar und senkrecht beweglich ist. Der Tiegel (22) schließt einen zylindrischen Quarztiegel (221) mit einem geschlossenen Boden und einen Tragetiegel (222) ein, der aus einem Kohlenstoffmaterial hergestellt ist und den Quarztiegel (221) aufnimmt.
Die Heizung (23) befindet sich in der Nähe des Tiegels (22), um das Silicium im Inneren des Tiegels (22) zu schmelzen. Die Heizung (23) schließt eine obere Heizung (231), die so ausgelegt ist, dass sie eine Oberfläche an der Oberseite des Tiegels (22) heizt, und eine untere Heizung (232), die sich unterhalb der oberen Heizung (231) befindet und so ausgelegt ist, dass sie eine Oberfläche an der Unterseite des Tiegels (22) heizt, ein.
Der wärmeisolierende Zylinder (24) ist um den Tiegel (22) und die Heizung (23) herum angeordnet.
Das Hochziehkabel 25 hat ein erstes Ende das mit einem Hochziehantrieb (nicht gezeigt) verbunden ist, der sich oberhalb des Tiegels (22) befindet, und ein zweites Ende, das mit einem Keimkristall SC verbunden ist. Das Hochziehkabel ist mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit senkrecht beweglich und um eine Achse des Hochziehkabels (25) rotierbar, wenn der Hochziehantrieb von der Steuerungseinheit (3) gesteuert wird.
Der Hitzeschild (26) ist so ausgelegt, dass er Strahlungswärme, die von der Heizung (23) nach oben abgestrahlt wird, abblockt.
Die Steuerungseinheit (3) ist so ausgelegt, dass sie beispielsweise die Gasflussrate und den Ofendruck in der Kammer (21), die Temperatur der von der Heizung (23) auf den Tiegel (22) ausgeübten Hitze und die jeweiligen Rotationsgeschwindigkeiten des Tiegels (22) und des einkristallinen Siliciums (SM) beispielsweise auf Basis von in einem Speicher (31) gespeicherter Information und/oder einer Eingabe durch eine Person, die die Vorrichtung betreibt, steuert, um so das einkristalline Silicium (SM) herzustellen.
Herstellungsverfahren für einkristallines Silicium
Als nächstes wird eine Beschreibung zu einem Herstellungsverfahren für das einkristalline Silicium (Siliciumeinkristall) (SM) gegeben.
Es ist anzumerken, dass ein gerader Körper des herzustellenden einkristallinen Siliciums (SM) beispielsweise einen Zieldurchmesser (R) von 200 mm in der beispielhaften Ausführungsform hat, dass jedoch das einkristalline Silicium (SM) mit einem anderen Zieldurchmesser, wie beispielsweise 300 mm und 450 mm hergestellt werden kann.
Als erstes legt die Steuerungseinheit (3) der Vorrichtung (1) zum Hochziehen des Einkristalls die Herstellungsbedingungen für das einkristalline Silicium (SM), wie den spezifischen Widerstand, die Sauerstoffkonzentration, die Ar-Flussrate, den Ofendruck, die jeweiligen Rotationsgeschwindigkeiten des Tiegels (22) und des einkristallinen Siliciums (SM) und ein Heizverhältnis zwischen der oberen Heizung (231) und der unteren Heizung (232) fest. Die Herstellungsbedingungen können von einer Person, die die Vorrichtung bedient, eingegeben oder von der Steuerungseinheit (3) beispielsweise auf einer von einer Person, die die Vorrichtung bedient, eingegebenen Zielsauerstoffkonzentration berechnet werden.
Der spezifische Widerstand reicht vorzugsweise von 1,5 mΩ·cm bis 3,5 mΩ·cm bei der Verwendung von Arsen als Dotierungsmittel und vorzugsweise von 0,6 mΩ·cm bis 1,2 mΩ·cm bei der Verwendung von rotem Phosphor als Dotierungsmittel.
Ferner wird in der beispielhaften Ausführungsform das Heizverhältnis auf 1 eingestellt (d.h., ein Heizvolumen für den oberen Teil des Tiegels (22) ist dasselbe wie das Heizvolumen für den unteren Teil), kann jedoch auf einen beliebigen Wert im Bereich von 1 bis 4 eingestellt werden. Wenn das Heizverhältnis weniger als 1 ist (d.h., das Heizvolumen für den unteren Teil kleiner ist als das Heizvolumen für den oberen Teil), kann eine Konvektion vom Boden des Tiegels (22) in Richtung einer Fest-Flüssig-Grenzfläche oder unterhalb von ihr nicht stark genug werden, um eine Konvektion mit einer instabilen Temperatur der Flüssigkeit von einer Oberfläche einer Schmelze (MD) mit hinzugefügtem Dotierungsmittel in Richtung eines Kristalls zu schwächen, und dadurch kann Dislokation infolge einer destabilisierten Temperatur nicht verringert werden. Indessen kann, wenn das Heizverhältnis mehr als 4 ist, eine große Hitzebelastung des unteren Teils des Tiegels (22) Deformation des Tiegels (22) und/oder Abblättern von Quarz hervorrufen.
Als nächstes steuert die Steuerungseinheit (3) die obere Heizung (231) und die untere Heizung (232) auf Basis des Vorgabewerts des Heizverhältnisses und heizt so den Tiegel (22), damit das polykristalline Siliciummaterial (Siliciummaterial) und das Dotierungsmittel in dem Tiegel (22) schmelzen und so eine Schmelze (MD) mit hinzugefügtem Dotierungsmittel hergestellt wird. Die Steuerungseinheit (3) steuert dann die Vorrichtung (1) zum Hochziehen des Einkristalls, um ein Ar-Gas mit einer vorgegebenen Flussrate durch den Gaseinlass (21A) in die Kammer (21) einzuleiten und den Druck in der Kammer (21) zu verringern, so dass eine inerte Atmosphäre unter verringertem Druck in der Kammer (21) gehalten wird.
Die Steuerungseinheit (3) führt dann einen Schritt der Ausbildung des Halses, einen Schritt der Ausbildung der Schulter, einen Schritt der Ausbildung des geraden Körpers und einen Schritt der Ausbildung des Schwanzes durch.
Bei dem Schritt der Ausbildung des Halses bewegt die Steuerungseinheit (3) das Hochziehkabel (25) nach unten, um den Keimkristall (SC) in die Schmelze (MD) mit hinzugefügtem Dotierungsmittel zu tauchen, und zieht das Hochziehkabel (25) nach oben, während der Tiegel (22) und das Hochziehkabel (25) in vorgegebener Richtung rotiert werden, und auf diese Weise wird ein Hals (SM1) ausgebildet. Es ist anzumerken, dass die Rotationsgeschwindigkeit des Tiegels (22) für den Schritt der Ausbildung des Halses vorzugsweise dieselbe ist, wie die Rotationsgeschwindigkeit zu Beginn des Schritts der Ausbildung der Schulter.
In dem Schritt der Ausbildung der Schulter wird eine Schulter (SM2) auf eine solche Weise ausgebildet, dass eine Zone (A) eines Wiederaufschmelzwachstums mit einer Höhe (H) von 200 µm oder mehr in der Schulter (SM2) nicht erzeugt wird, wie in 1 gezeigt ist. Im Einzelnen zieht, wie in 3 gezeigt ist, die Steuerungseinheit (3) das Hochziehkabel (25) hoch, während der Tiegel (22) mit einer Rotationsgeschwindigkeit (Sr1) (Sr1 ≥ 16 U/min) rotiert wird. Sr1 kann auf einen beliebigen Wert gleich oder mehr als 16 U/min eingestellt werden, ist jedoch vorzugsweise 30 U/min oder weniger. Denn eine Rotationsgeschwindigkeit (Sr1) über 30 U/min destabilisiert den Betrieb der Vorrichtung (1) zum Hochziehen des Einkristalls und ruft so Deformation der Schulter (SM2) hervor. Es ist anzumerken, dass die Abszissenachse in jeder der 3 bis 5, 9 und 10 eine Länge des einkristallinen Siliciums (Siliciumeinkristalls) (SM), den Hals (SM1) ausgenommen, darstellt.
Anschließend beginnt die Rotationsgeschwindigkeit, die bei Sr1 gehalten wurde, allmählich zu einem vorgegebenen Zeitpunkt, an dem ein Durchmesser des gezogenen einkristallinen Siliciums (SM) (Schulter (SM2)) (1/2)R (Hälfte des Zieldurchmessers des geraden Körpers) oder mehr erreicht (d.h., die Länge des einkristallinen Siliciums (SM) erreicht L1), verringert zu werden. Im Einzelnen wird die Rotationsgeschwindigkeit linear so verringert, dass sie den Wert Sr2 erreicht, der zur Ausbildung des geraden Körpers geeignet ist, wenn der Durchmesser des einkristallinen Siliciums (SM) R wird (d.h., wenn die Ausbildung der Schulter (SM2) abgeschlossen ist). Das Heizverhältnis wird während des Schritts der Ausbildung der Schulter bei 1 gehalten. Es ist anzumerken, dass Sr2 vorzugsweise von 4 U/min bis 12 U/min reicht. Denn eine Rotationsgeschwindigkeit (Sr2) von weniger als 4 U/min destabilisiert die Schmelze (MD) mit hinzugefügtem Dotierungsmittel und verursacht Dislokation, und Sr2 über 12 U/min erhöht die Ungleichmäßigkeit der Verteilung der Sauerstoffkonzentration innerhalb der Ebene und des spezifischen Widerstands in dem einkristalline Silicium (SM) und destabilisiert so die Kristallqualität.
Anschließend wird der Schritt der Ausbildung des geraden Körpers und der Schritt der Ausbildung des Schwanzes durchgeführt und so die Herstellung des einkristallinen Siliciums (SM) abgeschlossen.
Vorteil(e) beispielhafter Ausführungsform(en)
In der beispielhaften Ausführungsform wird der Schritt der Ausbildung der Schulter auf eine solche Weise durchgeführt, dass die Zone (A) des Wideraufschmelzwachstums mit einer Höhe (H) von 200 µm oder mehr in der Schulter (SM2) nicht erzeugt wird, und so das Auftreten von Dislokation in der Schulter (SM2), und folglich das Auftreten von Dislokation in dem geraden Körper verringert. Das einkristalline Silicium (SM) mit einer stabilen Qualität kann auf diese Weise hergestellt werden.
Ferner kann einkristallines Silicium mit weniger Dislokation einfach hergestellt werden, indem der Tiegel (22) während des Schritts der Ausbildung der Schulter mit einer Rotationsgeschwindigkeit von 16 U/min oder mehr rotiert wird.
Ferner wird die Rotationsgeschwindigkeit bei Sr1 gehalten bis der Durchmesser der Schulter (SM2) (1/2)R erreicht und allmählich zu einem vorgegebenen Zeitpunkt, an dem der Durchmesser (1/2)R oder mehr erreicht, verringert und dadurch nicht nur die Dislokation in dem geraden Körper verringert, sondern auch die Ungleichmäßigkeit von beispielsweise der Verteilung der Sauerstoffkonzentration und der Verteilung des spezifischen Widerstandes.
Modifikation(en)
Es versteht sich, dass der Bereich der Erfindung nicht durch die obige beispielhafte Ausführungsform beschränkt ist, sondern unterschiedliche Verbesserungen und Modifikationen, die mit der Erfindung kompatibel sind, möglich sind und ferner spezifische Prozesse, Aufbauten und dergleichen in der Praxis der Erfindung geändert werden können, so lange das Ziel der Erfindung erreicht werden kann.
In einigen beispielhaften Ausführungsformen wird der Schritt der Ausbildung der Schulter durchgeführt, wie beispielsweise in den 4A und 4B gezeigt ist.
In diesem Fall stellt die Steuerungseinheit (3) das Heizverhältnis auf einen vorgegebenen Wert gleich oder mehr als 1 („1“ in 4B) ein und beginnt das Heizen des Tiegels (22). Gleichzeitig wird das Hochziehkabel (25) hochgezogen, während der Tiegel (22) mit Sr3 (Sr3 ≥ 14 U/min) rotiert wird. Sr3 kann auf jeden Wert gleich oder mehr als 14 U/min, jedoch vorzugsweise 30 U/min oder weniger eingestellt werden. Denn ein Wert Sr3 über 30 U/min destabilisiert den Betrieb der Vorrichtung (1) zum Hochziehen eines Einkristalls und verursacht Deformation des einkristallinen Siliciums (SM).
Anschließend wird, während die Rotationsgeschwindigkeit bei Sr3 gehalten wird, das Heizverhältnis allmählich erhöht. Wenn der Durchmesser des einkristalline Siliciums (SM) (1/2)R oder mehr erreicht (d.h., die Länge des einkristallinen Siliciums (SM) L2 erreicht) und das Heizverhältnis T erreicht, wird die Rotationsgeschwindigkeit allmählich verringert, während das Heizverhältnis konstant gehalten wird. Im Einzelnen wird die Rotationsgeschwindigkeit linear derart verringert, dass Sr2 bei Abschluss der Ausbildung der Schulter erreicht wird. Es ist anzumerken, dass T vorzugsweise von 1,5 bis 4 reicht. Ferner reicht Sr2 vorzugsweise von 4 U/min bis 12 U/min, wie in der obigen beispielhaften Ausführungsform beschrieben.
Anschließend werden der Schritt der Ausbildung des geraden Körpers und der Schritt der Ausbildung des Schwanzes durchgeführt und so die Herstellung des einkristallinen Siliciums (SM) abgeschlossen.
In einem solchen Verfahren wird T kontrolliert, wie oben beschrieben, und so die Konvektion von dem Boden des Tiegels (22) in Richtung der Fest-Flüssig-Grenzfläche oder unterhalb von ihr erhöht und so die Konvektion mit einer instabilen Temperatur der Flüssigkeit von der Oberfläche der Schmelze (MD) mit hinzugefügtem Dotierungsmittel in Richtung des Kristalls reduziert. Folglich kann der Schritt der Ausbildung der Schulter auf eine solche Weise durchgeführt werden, dass eine Zone (A) des Wiederaufschmelzwachstums mit der Höhe (H) 200 µm oder mehr in der Schulter nicht erzeugt wird, und so einkristallines Silicium mit stabiler Qualität hergestellt werden.
In dem in 3 gezeigten Herstellungsverfahren und in dem in 4 und 4B gezeigten Herstellungsverfahren kann die Rotationsgeschwindigkeit für den Schritt der Ausbildung der Schulter bei Sr1 bzw. Sr3 gehalten werden.
In der obigen beispielhaften Ausführungsform wird die Rotationsgeschwindigkeit des Tiegels (22) zu oder nach dem vorgegeben Zeitpunkt linear verringert und das Heizverhältnis wird von einem vorgegebenen Wert gleich oder mehr als 1 linear und allmählich erhöht. Eine solche lineare Verringerung und Erhöhung sind jedoch lediglich Beispiele. Beispielsweise kann die Verringerung und Erhöhung nicht-linear oder schrittweise sein.
Beispiel(e)
Als nächstes wird die Erfindung nachstehend mit Bezug auf Beispiele ausführlicher beschrieben. Es ist jedoch anzumerken, dass der Bereich der Erfindung in keiner Weise durch diese Beispiele beschränkt ist.
Experiment 1: Zusammenhang zwischen Rotationsgeschwindigkeit des Tiegels und Dislokation
Herstellungsverfahren für einkristallines Silicium
Vergleichsbeispiel 1
Wie in 5 und Tabelle 1 gezeigt ist, wurde in dem Schritt der Ausbildung der Schulter die Rotationsgeschwindigkeit so gesteuert, dass das Kabel hochgezogen wurde, wobei der Tiegel mit 14 U/min rotiert wurde, und die Rotationsgeschwindigkeit zu dem Zeitpunkt allmählich zu verringern begonnen wurde, an dem der Durchmesser des einkristallinen Siliciums 100 mm (die Hälfte des Zieldurchmessers des geraden Körpers) oder mehr wurde, um beim Abschluss der Ausbildung der Schulter 6 U/min zu erreichen. Das Heizverhältnis wurde konstant auf 1 eingestellt. Anschließend wurden der Schritt der Ausbildung des geraden Körpers und der Schritt der Ausbildung des Schwanzes durchgeführt. Tabelle 1 zeigt den Zieldurchmesser des geraden Körpers, das Dotierungsmittel und den spezifischen Widerstand.
Bei dem Herstellungsverfahren wurde das einkristalline Silicium untersucht, um festzustellen, ob Dislokation auftrat. Wenn Dislokation auftrat, wurde die Hochziehoperation angehalten und das einkristalline Silicium in einer Schmelze mit hinzugefügtem Dotierungsmittel geschmolzen (Schritt des Rückschmelzens, melt-back). Das obige Verfahren wurde wiederholt, bis ein einkristallines Silicium hergestellt wurde, das einen geraden Körper ohne Dislokation enthielt. Tabelle 1 zeigt die Häufigkeit des Hochziehens ("Versuchs"häufigkeit), die Häufigkeit des Auftretens von Dislokation (Dislokationshäufigkeit) und das Vorkommen von Dislokation (Dislokationsrate = Dislokationshäufigkeit/ Versuchshäufigkeit).

Es ist anzumerken, dass ein einziger Siliciumeinkristall mit Dislokation in der Schulter als Probenstück für Experiment 2 (später beschrieben) ohne Durchführung des Schritts des Rückschmelzens aufbewahrt wurde. Tabelle 1

	Vergleichsbeispiel 1	Beispiel 1	Beispiel 2
Zieldurchmesser des geraden Körpers	200 mm
Dotierungsmittel	Arsen
Spezifischer Widerstand	2, 0 mΩ·cm
Rotationsgeschwindigkeit des Tiegels (U/min)	14→6	16→6	20→6
Heizverhältnis	1
Versuchshäufigkeit	6	11	5
Dislokationshäufigkeit	4	0	0
Dislokationsrate	67 %	0 %	0 %

Beispiele 1 und 2
Siliciumeinkristalle wurden in den Beispielen 1 und 2 unter denselben Bedingungen wie in Vergleichsbeispiel 1 hergestellt, außer dass der Tiegel in dem Zeitraum mit 16 U/min bzw. 20 U/min rotiert wurde, in dem der Tiegel in Vergleichsbeispiel 1 mit 14 U/min rotiert wurde. Tabelle 1 zeigt die Versuchshäufigkeit, Dislokationshäufigkeit und Dislokationsrate.
Vergleichsbeispiele 2 und 3, Beispiele 3 bis 6
Wie in 5 und Tabelle 2 gezeigt ist, wurde ein Siliciumeinkristall in Vergleichsbeispiel 2 unter denselben Bedingungen wie in Vergleichsbeispiel 1 hergestellt, außer dass in dem Schritt der Ausbildung der Schulter das Kabel hochgezogen wurde und dabei der Tiegel mit 14 U/min rotiert wurde, die Rotationsgeschwindigkeit zu dem Zeitpunkt zu verringern begonnen wurde, an dem der Durchmesser des Siliciumeinkristalls 165 mm (die Hälfte des Zieldurchmessers des geraden Körpers) oder mehr wurde, und der Zieldurchmesser des geraden Körpers und der spezifische Widerstand auf die in Tabelle 2 gezeigten Werte eingestellt wurden.
Siliciumeinkristalle wurden in den Beispielen 3 und 4 unter denselben Bedingungen wie in Vergleichsbeispiel 2 hergestellt, außer dass der Tiegel während des Zeitraums, in dem der Tiegel in Vergleichsbeispiel 2 mit 14 U/min rotiert wurde, mit 16 U/ min bzw. 20 U/min rotiert wurde.
Wie in 5 gezeigt ist, wurden Siliciumeinkristalle in Vergleichsbeispiel 3 und Beispielen 5 und 6 unter denselben Bedingungen wie in Vergleichsbeispiel 2 und Beispielen 3 und 4 hergestellt, außer dass das Dotierungsmittel und der spezifische Widerstand gewählt wurden, wie in Tabelle 3 gezeigt ist.

Tabellen 2 und 3 zeigen die Versuchshäufigkeit, Dislokationshäufigkeit und Dislokationsrate jedes der Vergleichsbeispiele 2 und 3 und Beispiele 3 bis 6. Tabelle 2

	Vergleichsbeispiel 2	Beispiel 3	Beispiel 4
Zieldurchmesser des geraden Körpers	330 mm
Dotierungsmittel	Arsen
Spezifischer Widerstand	2, 6 mΩ·cm
Rotationsgeschwindigkeit des Tiegels (U/min)	14→6	16→6	20→6
Heizverhältnis	1
Versuchshäufigkeit	3	2	3
Dislokationshäufigkeit	2	0	0
Dislokationsrate	67 %	0 %	0 %

Tabelle 3

	Vergleichsbeispiel 3	Beispiel 5	Beispiel 6
Zieldurchmesser des geraden Körpers	330 mm
Dotierungsmittel	roter Phosphor
Spezifischer Widerstand	1, 3 mΩ·cm
Rotationsgeschwindigkeit des Tiegels (U/min)	14→6	16→6	20→6
Heizverhältnis	1
Versuchshäufigkeit	4	2	5
Dislokationshäufigkeit	3	0	0
Dislokationsrate	75 %	0 %	0 %

Auswertung
Wie in den Tabellen 1 bis 3 gezeigt ist, trat Dislokation manchmal in den Siliciumeinkristallen in den Vergleichsbeispielen 1 bis 3 auf, während keine Dislokation in irgendeinem Bereich in den Beispielen 1 bis 6 auftrat. Dies hat gezeigt, dass einkristallines Silicium ohne Dislokation, das einen geraden Körper mit einem Zieldurchmesser von 200 mm oder mehr einschließt, hergestellt werden kann, indem die Rotationsgeschwindigkeit des Tiegels für den Schritt der Ausbildung der Schulter auf 16 U/min oder mehr eingestellt wird.
Experiment 2: Zusammenhang zwischen Dislokation und der Höhe der Zone des Wiederaufschmelzwachstums
Der Siliciumeinkristall von Vergleichsbeispiel 1, in dem Dislokation auftrat, wurde in seinem Zentrum in radialer Richtung senkrecht geschnitten und der erhaltene Querschnitt der Schulter wurde mit Röntgenstrahlung untersucht, um die Anzahl und die Höhe der Zone(n) des Wiederaufschmelzwachstums zu bestimmen. Dieselbe Untersuchung wurde ebenso an den Siliciumeinkristallen der Beispiele 1, 2 und 5 durchgeführt, in denen keine Dislokation auftrat. Die Ergebnisse sind in 6 gezeigt.
Wie in 6 gezeigt ist, hatte die Schulter jedes der Beispiele 1, 2 und 5 Zonen des Wiederaufschmelzwachstums mit einer Höhe von weniger als 200 µm, jedoch keine Zone des Wiederaufschmelzwachstums von 200 µm oder mehr. Im Gegensatz hierzu hatte die Schulter von Vergleichsbeispiel 1 nicht nur Zonen eines Wiederaufschmelzwachstums von weniger als 200 µm, sondern auch solche von 200 µm oder mehr. Ferner sollten, weil Dislokation in den Siliciumeinkristallen der Beispiele 3, 4 und 6 nicht auftrat, die Schultern der Beispiele 3, 4 und 6 keine Zone des Wiederaufschmelzwachstums mit einer Höhe von 200 µm oder mehr aufweisen. Zusätzlich sollten, weil Dislokation in den Siliciumeinkristallen der Vergleichsbeispiele 2 und 3 auftrat, die Schultern der Vergleichsbeispiele 2 und 3 (eine) Zone(n) des Wiederaufschmelzwachstums mit einer Höhe von 200 µm oder mehr aufweisen.
In Anbetracht dieser Erkenntnisse wurde nachgewiesen, dass einkristallines Silicium ohne Dislokation hergestellt werden kann, indem der Schritt der Ausbildung der Schulter auf eine Weise durchgeführt wird, dass eine Zone des Wiederaufschmelzwachstums mit einer Höhe von 200 µm oder mehr in der Schulter nicht erzeugt wird.
Experiment 3: Zusammenhang zwischen Rotationsgeschwindigkeit des Tiegels und Temperaturschwankung der Oberfläche der Schmelze
Eine Schmelze mit hinzugefügtem Dotierungsmittel wurde unter denselben Bedingungen wie bei der Herstellung eines typischen einkristallinen Siliciums hergestellt. Ferner wurde auf dieselbe Weise wie bei der Herstellung eines typischen einkristallinen Siliciums ein Ar-Gas einer Kammer zugeführt und der Druck auf 450 Torr (59995 Pa) eingestellt. Der Tiegel wurde mit 10 U/min rotiert und eine Temperatur im Zentrum einer Oberfläche der Schmelze mit hinzugefügtem Dotierungsmittel wurde mit einem Infrarotstrahlungsthermometer gemessen. Die Messung wurde jede Sekunde durchgeführt und ein Mittelwert der Schwankungen wurde alle 10 Sekunden bestimmt. Die Resultate sind in 7A gezeigt.
Auf ähnliche Weise wurde die Temperatur im Zentrum der Oberfläche der Schmelze mit hinzugefügtem Dotierungsmittel für jede der Rotationsgeschwindigkeiten von 12 U/min, 14 U/min, 16 U/min, 18 U/min und 20 U/min gemessen und ausgewertet. Die Resultate sind in 7B, 7C, 8A, 8B und 8C gezeigt. Die Standardabweichungen der Messergebnisse sind in Tabelle 4 gezeigt. Tabelle 4

Rotationsgeschwindigkeit des Tiegels (U/min) Standardabweichung

10 4,15

12 3,87

14 2,99

16 2,51

18 2,14

20 2,03
Wie in den Figuren und Tabelle 4 gezeigt ist, wurde nachgewiesen, dass die Temperaturschwankung mit einer Erhöhung der Rotationsgeschwindigkeit klein wird. Dies wäre deswegen der Fall, weil eine Erhöhung der Rotationsgeschwindigkeit des Tiegels die Konvektion der Schmelze mit hinzugefügtem Dotierungsmittel verringert. Somit sollte eine Erhöhung der Rotationsgeschwindigkeit das Wiederaufschmelzen verringern, das daraus resultiert, dass die Temperatur an der Oberfläche der Schmelze mit hinzugefügtem Dotierungsmittel instabil wird, und auf diese Weise einkristallines Silicium ohne Dislokation ergeben.
Experiment 4: Zusammenhang zwischen dem Zeitpunkt für die Änderung der Rotationsgeschwindigkeit des Tiegels und Dislokation
Herstellungsverfahren für einkristallines Silicium
Vergleichsbeispiel 4
Wie in 9 und Tabelle 5 gezeigt ist, wurde in dem Schritt der Ausbildung der Schulter die Rotationsgeschwindigkeit so gesteuert, dass das Kabel hochgezogen wurde, während der Tiegel mit 16 U/min rotiert wurde, und die Rotationsgeschwindigkeit bei der Hochziehoperation allmählich zu verringern begonnen wurde, um zu dem Zeitpunkt 6 U/min zu erreichen, an dem der Durchmesser des einkristallinen Siliciums 100 mm oder mehr wurde. Die Rotationsgeschwindigkeit wurde dann bis zum Abschluss des Schritts der Ausbildung der Schulter bei 6 U/min gehalten. Das Heizverhältnis wurde konstant auf 1 eingestellt. Anschließend wurden der Schritt der Ausbildung des geraden Körpers und der Schritt der Ausbildung des Schwanzes durchgeführt.

In dem Herstellungsprozess wurde der Schritt des Rückschmelzens durchgeführt, wenn das einkristalline Silicium Dislokation hatte. Auf dieselbe Weise wie in Experiment 1 wurde der obige Prozess wiederholt, bis ein einkristallines Silicium hergestellt wurde, das einen geraden Körper ohne Dislokation einschloss. Tabelle 5 zeigt das Dotierungsmittel, den spezifischen Widerstand, die Versuchshäufigkeit, Dislokationshäufigkeit und Dislokationsrate. Tabelle 5

	Vergl.beispiel 4	Vergl.beispiel 5	Beispiel 7
Zieldurchmesser des geraden Körpers	200 mm
Dotierungsmittel	Arsen
Spezifischer Widerstand	2, 0 mΩ·cm
Zeitpunkt für die Änderung der Rotationsgeschwindigkeit des Tiegels	<<(1/2)R	<(1/2)R	>(1/2)R
Rotationsgeschwindigkeit des Tiegels (U/min)	16→6	16→6	16→6
Heizverhältnis	1	1	1
Versuchshäufigkeit	11	5	11
Dislokationshäufigkeit	9	3	0
Dislokationsrate	82 %	60 %	0 %

Vergleichsbeispiel 5, Beispiel 7
Ein Siliciumeinkristall wurde in Vergleichsbeispiel 5 unter denselben Bedingungen wie in Vergleichsbeispiel 4 hergestellt, außer dass in dem Schritt der Ausbildung der Schulter das Kabel hochgezogen wurde, wobei der Tiegel mit 16 U/min rotiert wurde, und die Rotationsgeschwindigkeit zu dem Zeitpunkt allmählich zu verringern begonnen wurde, an dem der Durchmesser des Silicium-Einkristalls weniger als 100 mm war, um beim Abschluss der Ausbildung der Schulter 6 U/min zu erreichen.
Ein Siliciumeinkristall wurde in Beispiel 7 unter denselben Bedingungen wie in Vergleichsbeispiel 5 hergestellt, außer dass die Rotationsgeschwindigkeit des Tiegels zu dem Zeitpunkt geändert wurde, an dem der Durchmesser des Siliciumeinkristalls 100 mm oder mehr wurde. Tabelle 5 zeigt die Versuchshäufigkeit, Dislokationshäufigkeit und Dislokationsrate.
Auswertung
Wie in Tabelle 5 gezeigt ist, trat Dislokation in den Siliciumeinkristallen der Vergleichsbeispiele 4 und 5 auf, während keine Dislokation in dem Siliciumeinkristall von Beispiel 7 auftrat. Dies hat nachgewiesen, dass die Verringerung der Geschwindigkeit des Tiegels zu dem Zeitpunkt, an dem der Durchmesser der Schulter weniger als die Hälfte des Zieldurchmessers des geraden Körpers ist, nicht wirksam ist zur Verringerung der Dislokation, während die Verringerung der Geschwindigkeit des Tiegels zu dem Zeitpunkt, an dem der Durchmesser die Hälfte des Zieldurchmessers des geraden Körpers oder mehr erreicht, wirksam ist, um Dislokation zu verringern.
Experiment 5: Zusammenhang zwischen Rotationsgeschwindigkeit des Tiegels, Heizverhältnis und Dislokation
In Experiment 5 wurden Vergleichsbeispiel 1 und Beispiel 2 für Experiment 1 und die folgenden Beispiel 8 und 9 ausgewertet.
Herstellungsverfahren für einkristallines Silicium
Beispiel 8

Wie in 10A, 10B und Tabelle 6 gezeigt ist, wurde ein Siliciumeinkristall unter denselben Bedingungen wie in Vergleichsbeispiel 1 hergestellt, außer dass in dem Schritt der Ausbildung der Schulter das Heizverhältnis so gesteuert wurde, dass das Kabel hochgezogen wurde, während der Tiegel mit einem Heizverhältnis von 1 geheizt wurde, das Heizverhältnis bei der Hochziehoperation allmählich zu erhöhen begonnen wurde, um 2 zu dem Zeitpunkt zu erreichen, an dem die Rotationsgeschwindigkeit verringert zu werden begann, und dann das Heizverhältnis bis zum Abschluss des Schritts der Ausbildung der Schulter bei 2 gehalten wurde. Tabelle 6 zeigt den Zieldurchmesser des geraden Körpers, Dotierungsmittel, spezifischen Widerstand, Versuchshäufigkeit, Dislokationshäufigkeit und Dislokationsrate. Tabelle 6

	Vergl.-Beisp. 1	Beisp. 2	Beisp. 8	Beisp. 9
Zieldurchmesser des geraden Körpers	200 mm
Dotierungsmittel	Arsen
Spezifischer Widerstand	2,0 mΩ·cm
Rotationsgeschwindigkeit des Tiegels (U/min)	14→6	20→6	14→6	20→6
Heizverhältnis	1	1	1→2	1→2
Versuchshäufigkeit	6	5	3	20
Dislokationshäufigkeit	4	0	0	0
Dislokationsrate	67 %	0 %	0 %	0 %

Beispiel 9
Ein Siliciumeinkristall wurde unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 8 hergestellt, außer dass die Rotationsgeschwindigkeit des Tiegels auf dieselbe Weise wie in Beispiel 2 gesteuert wurde. Tabelle 6 zeigt die Versuchshäufigkeit, Dislokationshäufigkeit und Dislokationsrate.
Auswertung
Wie in Tabelle 6 gezeigt ist, hat ein Vergleich zwischen Vergleichsbeispiel 1 und Beispiel 8, in denen die Rotationsgeschwindigkeit des Tiegels in beiden Fällen 14 U/min war, nachgewiesen, dass Dislokation auftritt, wenn das Heizverhältnis bei 1 gehalten wird, während keine Dislokation auftritt, wenn das Heizverhältnis so gesteuert wird, dass das Heizverhältnis vom Beginn des Schritts der Ausbildung der Schulter allmählich zu erhöhen begonnen wird, um zu dem Zeitpunkt 2 zu erreichen, an dem der Durchmesser der Schulter die Hälfte des Zieldurchmessers des geraden Körpers oder mehr wird, und dann das Heizverhältnis bis zum Abschluss des Schritts der Ausbildung der Schulter bei 2 gehalten wird. Zusätzlich hat der Vergleich zwischen Beispiel 2 und Beispiel 9, in denen die Rotationsgeschwindigkeit des Tiegels in beiden Fällen 20 U/min war, nachgewiesen, dass keine Dislokation auftritt, unabhängig davon, ob das Heizverhältnis bei 1 gehalten wird oder geändert wird.
Ferner wurde in Experiment 1 nachgewiesen, dass einkristallines Silicium mit einem Zieldurchmesser von 330 mm ohne Dislokation hergestellt werden kann, indem Arsen oder roter Phosphor als Dotierungsmittel verwendet werden, unter den Bedingungen, die die Herstellung eines einkristallinen Siliciums mit einem Zieldurchmesser von 200 mm ohne Dislokation erlauben. In Anbetracht dieser Erkenntnisse wird angenommen, dass einkristallines Silicium mit einem Zieldurchmesser von 330 mm ohne Dislokation unter denselben Bedingungen wie in den Beispielen 8 und 9 hergestellt werden kann, wenn Arsen oder roter Phosphor als Dotierungsmittel verwendet wird.
Ferner wird aus den Ergebnissen des Experiments 1 angenommen, dass keine Zone des Wiederaufschmelzwachstums mit einer Höhe von 200 µm oder mehr in der Schulter jedes der Siliciumeinkristalle der Beispiele 8 und 9 und der Siliciumeinkristalle mit einem Zieldurchmesser von 330 mm, die unter Verwendung von Arsen oder rotem Phosphor als Dotierungsmittel unter denselben Bedingungen wie in den Beispielen 8 und 9 hergestellt wurden, erzeugt wird.
Es wurde somit nachgewiesen, dass einkristallines Silicium mit keiner Dislokation, das einen geraden Körper mit einem Zieldurchmesser von 200 mm oder mehr einschließt, hergestellt werden kann, indem in dem Schritt der Ausbildung der Schulter der Tiegel mit 14 U/min oder mehr bis zu einem Zeitpunkt, an dem der Durchmesser der Schulter die Hälfte des Zieldurchmessers des geraden Körpers oder mehr erreicht, rotiert wird, während der Tiegel geheizt wird, wobei das Heizverhältnis von 1 erhöht wird, und die Geschwindigkeit des Tiegels nach dem obigen Zeitpunkt verringert wird, während das Heizverhältnis konstant gehalten wird.
Experiment 6: Zusammenhang zwischen spezifischem Widerstand des Dotierungsmittels, Rotationsgeschwindigkeit des Tiegels und Dislokation.
In Experiment 6 wurden Siliciumeinkristalle mit den folgenden Eigenschaften hergestellt und ausgewertet.

Zieldurchmesser des geraden Körpers: 200 mm
Dotierungsmittel: siehe Tabelle 7
Spezifischer Widerstand: siehe Tabelle 7

	Dotierungsmittel	Spezifischer Widerstand (mΩ·cm)
Referenzbeispiel 1	Arsen	3, 0
Referenzbeispiel 2	Arsen	1, 8
Referenzbeispiel 3	roter Phosphor	1,5
Referenzbeispiel 4	roter Phosphor	0,7

Für Referenzbeispiele 1 bis 4 wurden die Siliciumeinkristalle hergestellt, indem in dem Schritt der Ausbildung der Schulter durch Steuerung die Rotationsgeschwindigkeit des Tiegels innerhalb eines Bereichs von 6 U/min bis 20 U/min gehalten wurde, wie in 9 und 10 gezeigt ist, und das Heizverhältnis innerhalb eines Bereichs von 1 bis 2 gehalten wurde, wie in 9 und 10 gezeigt ist, und anschließend der Schritt der Ausbildung des geraden Körpers und der Schritt der Ausbildung des Schwanzes durchgeführt wurden.
Im Zusammenhang mit den Referenzbeispielen 1 bis 4 zeigt 11 einen Zusammenhang zwischen der minimalen Rotationsgeschwindigkeit des Tiegels, die Dislokation nicht hervorruft, und dem spezifischen Widerstand des einkristallinen Siliciums. 11 zeigt, dass Rotationsgeschwindigkeiten oberhalb einer Linie, die diesen Zusammenhang wiedergibt, keine Dislokation hervorrufen, während Rotationsgeschwindigkeiten unterhalb der Linie Dislokation hervorrufen.
Wie in 11 gezeigt ist, wurde demonstriert, dass die minimale Rotationsgeschwindigkeit des Tiegels, die Dislokation nicht hervorruft, mit einer Verringerung des spezifischen Widerstands des einkristallinen Siliciums zunimmt.
Bezugszeichenliste
1...Vorrichtung zum Hochziehen eines Einkristalls, 21...Kammer, 22...Tiegel, 23...Heizung, 231...obere Heizung, 232...untere Heizung, 24...wärmeisolierender Zylinder, 25...Hochziehkabel (Hochzieheinheit), M...Siliciumschmelze, MD...Schmelze mit hinzugefügtem Dotierungsmittel, SC...Keimkristall, SM...einkristallines Silicium (Siliciumeinkristall), SM2...Schulter.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2008297167 A [0005]

Claims

Herstellungsverfahren für einkristallines Silicium gemäß einem Czochralski-Prozess unter Verwendung einer Vorrichtung zum Hochziehen eines Einkristalls, wobei die Vorrichtung umfasst: eine Kammer; einen Tiegel, der sich in der Kammer befindet; eine Heizung, die so konfiguriert ist, dass sie den Tiegel heizt und so eine Schmelze mit hinzugefügtem Dotierungsmittel, die eine Siliciumschmelze und ein zu der Siliciumschmelze hinzugefügtes Dotierungsmittel umfasst, erzeugt; und eine Hochzieheinheit, die so konfiguriert ist, dass sie einen Einkristall hochzieht, nachdem der Keimkristall mit der Schmelze mit hinzugefügtem Dotierungsmittel in Kontakt gebracht wurde, wobei das Verfahren umfasst: Ausbildung einer Schulter des einkristallinen Siliciums; und Ausbildung eines geraden Körpers des einkristallinen Siliciums, wobei bei der Ausbildung der Schulter die Schulter so ausgebildet wird, dass ein Teil von Wachstumsstreifen, die sich radial über die Schulter erstrecken, ein äußeres Ende hat, das von einem anderen Teil der Wachstumsstreifen so unterbrochen wird, dass es einen Umfangsbereich der Schulter nicht erreicht, und dass keine Zone eines Wiederaufschmelzwachstums mit einer Höhe von 200 µm oder mehr in einer Wachstumsrichtung erzeugt wird.
Herstellungsverfahren für einkristallines Silicium gemäß einem Czochralski-Prozess unter Verwendung einer Vorrichtung zum Hochziehen eines Einkristalls, wobei die Vorrichtung umfasst: eine Kammer; einen Tiegel, der sich in der Kammer befindet; eine Heizung, die so konfiguriert ist, dass sie den Tiegel heizt und so eine Schmelze mit hinzugefügtem Dotierungsmittel, die eine Siliciumschmelze und roten Phosphor oder Arsen als ein zu der Siliciumschmelze hinzugefügtes Dotierungsmittel umfasst, erzeugt; und eine Hochzieheinheit, die so konfiguriert ist, dass sie einen Keimkristall hochzieht, nachdem der Keimkristall mit der Schmelze mit hinzugefügtem Dotierungsmittel in Kontakt gebracht wurde, wobei das Verfahren umfasst: Ausbildung einer Schulter des einkristallinen Siliciums; und Ausbildung eines geraden Körpers mit einem Zieldurchmesser von 200 mm oder mehr, wobei bei der Ausbildung der Schulter der Tiegel mit 16 U/min oder mehr rotiert wird.
Herstellungsverfahren für einkristallines Silicium gemäß Anspruch 2, bei dem bei der Ausbildung der Schulter der Tiegel mit 16 U/min rotiert wird bis zu einem Zeitpunkt, an dem ein Durchmesser der sich bildenden Schulter die Hälfte des Zieldurchmessers des geraden Körpers oder mehr erreicht, und die Rotationsgeschwindigkeit des Tiegels zu diesem Zeitpunkt oder danach verringert wird.
Herstellungsverfahren für einkristallines Silicium gemäß einem Czochralski-Prozess unter Verwendung einer Vorrichtung zum Hochziehen eines Einkristalls, wobei die Vorrichtung umfasst: eine Kammer; einen Tiegel, der sich in der Kammer befindet; eine Heizung, die so konfiguriert ist, dass sie eine Schmelze mit hinzugefügtem Dotierungsmittel, die eine Siliciumschmelze und roten Phosphor oder Arsen als ein zu der Siliciumschmelze hinzugefügtes Dotierungsmittel umfasst, erzeugt, wobei die Heizung eine obere Heizung, die so konfiguriert ist, dass sie eine Oberfläche an der Oberseite des Tiegels heizt, und eine untere Heizung, die so konfiguriert ist, dass sie eine Oberfläche an der Unterseite des Tiegels heizt, umfasst; und eine Hochzieheinheit, die so konfiguriert ist, dass sie einen Keimkristall hochzieht, nachdem der Keimkristall mit der Schmelze mit hinzugefügtem Dotierungsmittel in Kontakt gebracht wurde, wobei das Verfahren umfasst: Ausbildung einer Schulter des einkristallinen Siliciums; und Ausbildung eines geraden Körpers mit einem Zieldurchmesser von 200 mm oder mehr, wobei bei der Ausbildung der Schulter der Tiegel mit 14 U/min oder mehr rotiert wird bis zu einem Zeitpunkt, an dem ein Durchmesser der sich bildenden Schulter die Hälfte eines Zieldurchmessers des geraden Körpers oder mehr erreicht, während der Tiegel derart geheizt wird, dass ein Heizverhältnis, das berechnet wird durch Dividieren eines Volumens von Hitze von der unteren Heizung durch ein Volumen von Hitze von der oberen Heizung, von einem vorgegebenen Wert von 1 oder mehr erhöht wird; und eine Rotationsgeschwindigkeit des Tiegels zu diesem Zeitpunkt oder danach verringert wird, während das Heizverhältnis konstant gehalten wird.