DE112021005334T5

DE112021005334T5 - Verfahren zum Wachsenlassen von Silicium-Einkristall

Info

Publication number: DE112021005334T5
Application number: DE112021005334.5T
Authority: DE
Inventors: Yasufumi KAWAKAMI; Kazuyoshi Sakatani
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2020-10-09
Filing date: 2021-07-30
Publication date: 2023-07-20
Also published as: JP7439723B2; CN116324050A; US20240003049A1; JP2022062819A; WO2022074908A1

Abstract

Ein Verfahren zum Wachsenlassen von einkristallinem Silicium durch einen Czochralski-Prozess verwendet eine Wachstumsvorrichtung für einkristallines Silicium, wobei die Vorrichtung einschließt: eine Kammer; einen Tiegel; eine Heizung, die eingerichtet ist, eine in dem Tiegel enthaltene Siliciumschmelze zu erhitzen, wobei die Heizung einschließt: eine obere Heizung, die eingerichtet ist, einen oberen Teil des Tiegels zu erhitzen; und eine untere Heizung, die eingerichtet ist, einen unteren Teil des Tiegels zu erhitzen; und eine Hochzieheinheit, die eingerichtet ist, einen Keimkristall hochzuziehen, nachdem der Keimkristall in Kontakt mit der Siliciumschmelze gebracht wurde. Das Verfahren schließt ein: Zugabe eines flüchtigen Dotierstoffs zu der Siliciumschmelze (S4); und im Anschluss an den Schritt (S4), Hochziehen des einkristallinen Siliciums (S5). In dem Schritt (S4) wird der Tiegel auf eine solche Weise erhitzt, dass sich keine verfestigte Schicht auf einer Flüssigkeitsoberfläche der Siliciumschmelze bildet und Wärmeerzeugungsmengen Qd, Qu der unteren Heizung und der oberen Heizung Qd > Qu erfüllen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Wachsenlassen von einkristallinem Silicium.
STAND DER TECHNIK
Es ist ein herkömmliches Verfahren zum Wachsenlassen von einkristallinem Silicium mit niedrigem spezifischem Widerstand unter Verwendung eines Czochralski-Verfahrens (nachsehend als „CZ-Verfahren“ abgekürzt) unter Zugabe eines flüchtigen Dotierstoffs, beispielsweise Phosphor (P), Arsen (As) oder Antimon (Sb) in hoher Konzentration zu einer Siliciumschmelze bekannt (siehe beispielsweise Patentliteratur 1).
Nachdem Siliciummaterial zu Siliciumschmelze geschmolzen wurde, lässt man den flüchtigen Dotierstoff durch eine Flüssigkeitsoberfläche der Siliciumschmelze absorbieren. Weil der flüchtige Dotierstoff sofort nach der Dotieroperation zu verdampfen beginnt und kontinuierlich verdampft, wird eine Zufuhrmenge des flüchtigen Dotierstoffs festgelegt, indem eine Verdampfungsmenge einbezogen wird.
Eine große Verdampfungsmenge des flüchtigen Dotierstoffs verringert beispielsweise die Wahrscheinlichkeit, dass ein spezifischer Zielwiderstand des einkristallinen Siliciums erreicht wird, und somit wurden Versuche unternommen, die Verdampfung des flüchtigen Dotierstoffs zu verringern. Als ein Verfahren zur Verringerung der Verdampfung des flüchtigen Dotierstoffs ist ein Verfahren bekannt, bei dem der Druck in der Kammer erhöht wird. Dies ist ein Versuch, den flüchtigen Dotierstoff, der von der Flüssigkeitsoberfläche der Siliciumschmelze verdampft, zu verringern, indem der auf die Flüssigkeitsoberfläche wirkende Druck erhöht wird.
Patentliteratur 2 beschreibt ein Verfahren zur Verringerung der Verdampfung des flüchtigen Dotierstoffs, indem eine verfestigte Schicht auf der Flüssigkeitsoberfläche der Siliciumschmelze gebildet wird.
ZITATLISTE
PATENTLITERATUR

Patentliteratur 1: JP 2012-1408 A
Patentliteratur 2: JP 2011-73897 A

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
VON DER ERFINDUNG ZU LÖSENDE AUFGABE(N)
Bei einem hohen Druck in der Kammer haftet jedoch verdampfte Substanz (z.B. SiOx) von der Siliciumschmelze an einer Innenwand der Kammer oder dergleichen an und fällt während des Hochziehens des einkristallinen Siliciums herunter, so dass die heruntergefallene Substanz Versetzungen hervorruft.
Ferner hat das in Patentliteratur 2 beschriebene Verfahren Schwierigkeiten bei der Kontrolle eines Bereichs auf der Flüssigkeitsoberfläche der Siliciumschmelze, wo die verfestigte Schicht gebildet wird.
Dieses Problem wird unten im Einzelnen beschrieben. In dem in Patentliteratur 2 beschriebenen Verfahren wird Dotierung durchgeführt, indem ein Dotierstoff in der DotierstoffZufuhreinheit, die mit einem Draht aufgehängt ist, in Gas umgewandelt wird, um ein Dotierstoffgas zu erzeugen, und das Dotierstoffgas direkt in eine Oberfläche der Siliciumschmelze eingespeist wird. Wenn dieses Verfahren insbesondere in einem Hochziehofen, der ein Hitzeschild einschließt, verwendet wird, wird das Dotierstoffgas in einen zentralen Bereich der Oberfläche der Siliciumschmelze eingespeist.
Es ist somit notwendig, dass keine verfestigte Schicht in dem zentralen Bereich der Oberfläche der Siliciumschmelze, die von einer Heizung entfernt ist, gebildet werden sollte und dass eine verfestigte Schicht in einem äußeren Umfangsbereich der Oberfläche der Siliciumschmelze, die näher zu der Heizung ist, gebildet werden sollte. Der Aufbau des Hochziehofens liefert jedoch eine solche Temperaturverteilung auf der Oberfläche der Siliciumschmelze, dass eine Flüssigkeitstemperatur in dem äußeren Umfangsbereich nahe an der Heizung hoch ist und eine Flüssigkeitstemperatur in dem zentralen Bereich entfernt von der Heizung niedrig ist. Es ist somit schwierig, die verfestigte Schicht in dem äußeren Umfangsbereich der Oberfläche der Siliciumschmelze, die nahe an der Heizung ist und somit eine hohe Flüssigkeitstemperatur besitzt, zu bilden, während keine verfestigte Schicht in dem zentralen Bereich, die eine niedrige Flüssigkeitstemperatur besitzt, gebildet wird.
Es ist ein Ziel der Erfindung, ein Verfahren zum Wachsenlassen von einkristallinem Silicium zur Verfügung zu stellen, wobei das Verfahren die Verdampfung eines flüchtigen Dotierstoffs verringern kann, während das Auftreten von Versetzungen unterdrückt wird.
MITTEL ZUR LÖSUNG DER AUFGABE(N)
In eingehenden Studien, um die Verdampfung eines flüchtigen Dotierstoffs zu verringern, haben die Erfinder gefunden, dass die Verdampfung des flüchtigen Dotierstoffs verringert werden kann, indem ein unterer Teil eines Tiegels stärker erhitzt wird als ein oberer Teil davon, um die Temperatur einer Flüssigkeitsoberfläche einer Siliciumschmelze zu verringern, ohne eine verfestigte Schicht auf der Flüssigkeitsoberfläche zu bilden. Im Einzelnen wurde gefunden, dass eine Verdampfungsrate des flüchtigen Dotierstoffs verringert werden kann, indem der Tiegel so erhitzt wird, dass eine Wärmeerzeugungsmenge Qu (Leistung) einer oberen Heizung, die die Heizung bildet, und eine Wärmeerzeugungsmenge Qd einer unteren Heizung, die die Heizung bildet, Qd > Qu erfüllt.
1 zeigt Resultate des Experiments. In 1 bezeichnet die Abszissenachse ein Wärmeerzeugungsverhältnis Qd/Qu, das erhalten wird durch Dividieren der Wärmeerzeugungsmenge Qd der unteren Heizung durch die Wärmeerzeugungsmenge Qu der oberen Heizung, und die Ordinatenachse bezeichnet eine Verdampfungsrate (g/h) des flüchtigen Dotierstoffs. Durch das Experiment wurde gefunden, dass durch Einstellen des Wärmeerzeugungsverhältnisses Qd/Qu auf etwa 3,5 die Verdampfungsrate des flüchtigen Dotierstoffs auf 57,3 % verringert werden kann, und dass die zugegebene Menge des flüchtigen Dotierstoffs um 5,2 % verringert werden kann, verglichen mit einem Fall, dass das Wärmeerzeugungsverhältnis Qd/Qu ungefähr 1 ist.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung verwendet ein Verfahren zum Wachsenlassen von einkristallinem Silicium (eines Silicium-Einkristalls) nach einem Czochralski-Prozess eine Wachstumsvorrichtung für einkristallines Silicium, wobei die Vorrichtung einschließt: eine Kammer, einen in der Kammer angeordneten Tiegel; eine Heizung, die eingerichtet ist, eine in dem Tiegel enthaltene Siliciumschmelze zu erhitzen, wobei die Heizung eine obere Heizung, die eingerichtet ist, einen oberen Teil des Tiegels zu erhitzen, und eine untere Heizung, die eingerichtet ist, einen unteren Teil des Tiegels zu erhitzen, einschließt; und eine Hochzieheinheit, die eingerichtet ist, einen Keimkristall hochzuziehen, nachdem der Keimkristall in Kontakt mit der Siliciumschmelze gebracht wurde, wobei das Verfahren einschließt: Zugabe eines flüchtigen Dotierstoffs zu der Siliciumschmelze; im Anschluss an die Zugabe des flüchtigen Dotierstoffs, Hochziehen des einkristallinen Siliciums, wobei bei der Zugabe des flüchtigen Dotierstoffs der Tiegel auf eine solche Weise erhitzt wird, dass sich keine verfestigte Schicht auf einer Flüssigkeitsoberfläche der Siliciumschmelze bildet, und eine Wärmeerzeugungsmenge Qd der unteren Heizung und eine Wärmeerzeugungsmenge Qu der oberen Heizung Qd > Qu erfüllen.
In dem obigen Verfahren zum Wachsenlassen von einkristallinem Silicium kann der flüchtige Dotierstoff roter Phosphor, Arsen oder Antimon sein.
Bei dem obigen Verfahren zum Wachsenlassen von einkristallinem Silicium kann bei der Zugabe des flüchtigen Dotierstoffs der Tiegel auf eine solche Weise erhitzt werden, dass ein Wärmeerzeugungsverhältnis Qd/Qu in einem Bereich von 1,5 bis 4,0 liegt, wobei das Wärmeerzeugungsverhältnis Qd/Qu erhalten wird, indem die Wärmeerzeugungsmenge Qd der unteren Heizung durch die Wärmeerzeugungsmenge Qu der oberen Heizung dividiert wird.
Bei dem obigen Verfahren zum Wachsenlassen von einkristallinem Silicium kann das Hochziehen des einkristallinen Siliciums das Wachsenlassen eines Halses einschließen, und ein Wärmeerzeugungsverhältnis Qd/Qu bei dem Wachsenlassen des Halses kann 100 ± 10 % des Wärmeerzeugungsverhältnisses Qd/Qu bei der Zugabe des flüchtigen Dotierstoffs sein.
Bei dem obigen Verfahren zum Wachsenlassen von einkristallinem Silicium kann das Hochziehen des einkristallinen Siliciums das Wachsenlassen einer Schulter einschließen, wobei in einem Fall, dass eine Sauerstoffzielkonzentration in einem geraden Körper 12,0 × 10¹⁷ Atom/cm³ oder mehr ist, ein Wärmeerzeugungsverhältnis Qd/Qu zumindest bei Abschluss des Wachsenlassens der Schulter in einem Bereich von 3,5 bis 4,5 liegen kann, und in einem Fall, dass die Sauerstoffzielkonzentration in dem geraden Körper weniger als 12,0 × 10¹⁷ Atome/cm³ ist, das Wärmeerzeugungsverhältnis Qd/Qu zumindest bei Abschluss des Wachsenlassens der Schulter in einem Bereich von 0,75 bis 1,25 liegen kann.
Das obige Verfahren zum Wachsenlassen von einkristallinem Silicium kann ferner bei oder nach dem Wachsenlassen der Schulter einschließen, dass zuerst festgestellt wird, ob eine Versetzung in der Schulter auftritt, wobei in einem Fall, dass bei der ersten Feststellung, ob die Versetzung auftritt, festgestellt wird, dass die Versetzung in der Schulter auftritt, die Hochziehoperation angehalten werden kann und Schmelzen des einkristallinen Siliciums zu der Siliciumschmelze ausgeführt werden kann, und ein Wärmeerzeugungsverhältnis Qd/Qu bei dem Schmelzen des einkristallinen Siliciums in einem Bereich von 1,5 bis 3,0 liegen kann.
Das obige Verfahren zum Wachsenlassen von einkristallinem Silicium kann ferner im Anschluss an das Hochziehen des einkristallinen Siliciums das Hochziehen von einem oder mehreren weiteren Stücken von einkristallinem Silicium unter Verwendung des unveränderten Tiegels einschließen, bei dem vor dem Hochziehen der einen oder mehreren weiteren Stücke von einkristallinem Silicium der flüchtige Dotierstoff zu einer Siliciumschmelze für die einen oder mehreren weiteren Stücke von einkristallinem Silicium zugegeben werden kann und bei der Zugabe des flüchtigen Dotierstoffs der Tiegel auf eine Weise erhitzt werden kann, dass das Wärmeerzeugungsverhältnis Qd/Qu in einem Bereich von 1,5 bis 4,0 liegt.
Gemäß dem obigen Aspekt der Erfindung kann die Verdampfung des flüchtigen Dotierstoffs verringert werden, während das Auftreten von Versetzungen unterdrückt werden kann. Ferner variiert entsprechend dem obigen Aspekt der Erfindung eine Verdampfungsmenge des flüchtigen Dotierstoffs weniger, so dass die Wahrscheinlichkeit erhöht werden kann, dass ein spezifischer Zielwiderstand eines Produkts erreicht wird.
Darüber hinaus kann dadurch, dass der Tiegel auf eine Weise erhitzt wird, dass sich keine verfestigte Schicht auf der Flüssigkeitsoberfläche der Siliciumschmelze bildet, das Dotieren verlässlicher durchgeführt werden, ohne durch die verfestigte Schicht behindert zu werden.
Figurenliste

1 zeigt Resultate eines Experiments zur Ermittlung eines Effekts einer Änderung des Wärmeerzeugungsverhältnisses auf eine Verdampfungsrate.
2 zeigt schematisch ein Beispiel eines Aufbaus einer Wachstumsvorrichtung für einkristallines Silicium, die in einem Verfahren zum Wachsenlassen von einkristallinem Silicium gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung verwendet wird.
3 zeigt schematisch ein Beispiel eines Aufbaus einer Dotierstoffzufuhreinheit der Wachstumsvorrichtung für einkristallines Silicium der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
4 ist ein Ablaufdiagramm, um das Verfahren zum Wachsenlassen von einkristallinem Silicium gemäß der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung zu erklären.
5 stellt Graphen dar, die jeweils einen Prozentsatz eines spezifischen Widerstandes eines oberen Teils des geraden Körpers zu einem spezifischen Zielwiderstand davon zeigen und stellt auch Box-Plots dar, die jeweils die Verteilung der Daten zeigen.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORM(EN)
Eine bevorzugte beispielhafte Ausführungsform der Erfindung wird unten mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben.
Ein Verfahren zum Wachsenlassen von einkristallinem Silicium gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass beim Wachsenlassen von einkristallinem Silicium unter Verwendung eines flüchtigen Dotierstoffs eine Temperatur einer Flüssigkeitsoberfläche einer Siliciumschmelze verringert wird, um eine Verdampfungsrate des flüchtigen Dotierstoffs zu verringern. Darüber hinaus ist das erfindungsgemäße Verfahren zum Wachsenlassen von einkristallinem Silicium geeignet für die Dotierung der Siliciumschmelze, indem direkt ein in Gas umgewandelter flüchtiger Dotierstoff in einen zentralen Teil der Flüssigkeitsoberfläche der Siliciumschmelze eingespeist wird.
Wachstumsvorrichtung für einkristallines Silicium
2 zeigt schematisch ein Beispiel für einen Aufbau einer Wachstumsvorrichtung 10 für einkristallines Silicium, das in dem Verfahren zum Wachsenlassen von einkristallinem Silicium gemäß der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung verwendet wird. Die Wachstumsvorrichtung 10 für einkristallines Silicium lässt einkristallines Silicium 1 mit dem CZ-Verfahren wachsen.
Wie in 2 gezeigt ist, schließt die Wachstumsvorrichtung 10 für einkristallines Silicium einen Vorrichtungskörper 11, einen Speicher 12 und eine Steuerung 13 ein. Der Vorrichtungskörper 11 schließt eine Kammer 21, einen Tiegel 22, eine Heizung 23, eine Hochzieheinheit 24, einen Hitzeschild 25, ein Wärmeisolationsmaterial 26 und einen Tiegelantrieb 27 ein.
Wie in 3 gezeigt ist, schließt die Wachstumsvorrichtung 10 für einkristallines Silicium eine Dotierstoffzufuhreinheit 54 ein. Die Dotierstoffzufuhreinheit 54 schließt ein: einen Behälterkörper 55, in dem ein flüchtiger Dotierstoff D enthalten ist; ein Freisetzungsrohr 56, das an dem Behälterkörper 55 auf eine Weise vorgesehen ist, dass es sich mit einem offenen unteren Ende nach unten erstreckt; und einen Tragedraht 57, der den Behälterkörper 55 trägt, so dass der Behälterkörper vertikal beweglich ist.
Wie in 2 gezeigt ist, schließt die Kammer 21 eine Hauptkammer 31 und eine Ziehkammer 32, die mit einem oberen Teil der Hauptkammer 31 verbunden ist, ein. Ein Gaseinlass 33A, durch den ein Inertgas, beispielsweise Argon (Ar)-Gas in die Kammer 21 eingeführt wird, ist in einem oberen Teil der Ziehkammer 32 vorgesehen. Ein Gasauslass 33B, durch den Gas in der Kammer 21 abgelassen wird, indem eine Vakuumpumpe (nicht gezeigt) betrieben wird, ist an einem unteren Teil der Hauptkammer 31 vorgesehen.
Ein Inertgas, das durch den Gaseinlass 33A in die Kammer 21 eingeführt wurde, strömt zwischen dem einkristallinen Silicium 1 beim Wachsen und dem Hitzeschild 25 nach unten, strömt durch einen Raum zwischen einem unteren Ende des Hitzeschilds 25 und einer Flüssigkeitsoberfläche der Schmelze MD mit zugegebenem Dotierstoff, strömt dann zwischen dem Hitzeschild 25 und einer Innenwand des Tiegels 22 und ferner in Richtung einer Außenseite des Tiegels 22, strömt dann entlang der Außenseite des Tiegels 22 nach unten und wird durch den Gasauslass 33B abgelassen.
Der Tiegel 22, der in der Hauptkammer 31 angeordnet ist, nimmt die Schmelze MD mit zugegebenem Dotierstoff auf. Der Tiegel 22 ist durch einen Seitenteil 22a, einen Bodenteil 22c und einen gebogenen Teil 22b, der den zweiten Teil 22a und den Bodenteil 22c verbindet, definiert (siehe 3). Der Tiegel 22 schließt einen Tragetiegel 41, einen in dem Tragetiegel 41 untergebrachten Quarztiegel 42 und ein Graphitsheet 43, das sich zwischen dem Tragetiegel 41 und dem Quarztiegel 42 befindet, ein. Es ist erwähnenswert, dass das Graphitsheet 43 weggelassen werden kann.
Der Tragetiegel 41 ist beispielsweise aus Graphit oder Kohlenstofffaser-verstärktem Kohlenstoff gebildet. Eine Oberfläche des Tragetiegels 41 kann beispielsweise mit Siliciumcarbid (SiC) oder pyrolytischem Kohlenstoff beschichtet sein. Der Quarztiegel 42 enthält Siliciumdioxid (SiO₂) als Hauptkomponente. Das Graphitsheet 43 ist beispielsweise aus Blähgraphit gebildet.
Die Heizung 23, die an der Außenseite des Tiegels 22 in einem vorher festgelegten Abstand von ihm angeordnet ist, erhitzt die Siliciumschmelze M (siehe 3) oder die Schmelze MD mit zugegebenem Dotierstoff in dem Tiegel 22. Die Heizung 23 schließt ein: eine obere Heizung 231, die eingerichtet ist, einen oberen Teil des Tiegels 22 zu erhitzen; und eine untere Heizung 232, die unterhalb der oberen Heizung 231 angeordnet ist und eingerichtet ist, einen unteren Teil des Tiegels 22 zu erhitzen.
Der obere Teil des Tiegels 22, der ein Target ist, das durch die obere Heizung 231 erhitzt werden soll, schließt zumindest den Seitenteil 22a des Tiegels 22, der an einem Flüssigkeitsoberflächenniveau der Siliciumschmelze M oder um es herum angeordnet ist, ein.
Der untere Teil des Tiegels 22, der ein Target ist, das durch die untere Heizung 232 erhitzt werden soll, schließt mindestens den gebogenen Teil 22b oder den Bodenteil 22c des Tiegels 22 ein.
Vorausgesetzt, dass eine Höhe der oberen Heizung 231 mit H1 bezeichnet ist und eine Höhe der unteren Heizung 232 mit H2 bezeichnet ist, ist die Heizung 23 so eingerichtet, dass die Höhe der oberen Heizung 231 und die Höhe der unteren Heizung 232 H1:H2 = 1:1 erfüllen. Ferner sind die obere Heizung 231 und die untere Heizung 232 so nahe wie möglich zueinander angeordnet.
Die Höhe H1 der oberen Heizung 231 und die Höhe H2 der unteren Heizung 232 sind nicht notwendigerweise in dem obigen Verhältnis und können beispielsweise H1:H2 = 2:3 erfüllen. Die Leistung der oberen Heizung 231 und die Leistung der unteren Heizung 232 sind proportional zu den entsprechenden Höhen der oberen Heizung 231 und der unteren Heizung 232. Somit führt in einem Fall, dass H1:H2 = 2:3 erfüllt ist, die Zufuhr derselben Menge elektrischer Energie zu jedem von der oberen Heizung 231 und der unteren Heizung 232 zu einem Leistungsverhältnis zwischen der oberen Heizung 231 und der unteren Heizung 232, die 2:3 beträgt.
Die Hochzieheinheit 24 schließt ein Kabel 51 mit einem Ende, an das ein Keimkristall 2 befestigt ist, und einen Hochziehantrieb 52, der eingerichtet ist, das Kabel 51 anzuheben, abzusenken und zu rotieren, ein.
Zumindest eine Oberfläche des Hitzeschilds 25 ist aus einem Kohlenstoffmaterial gebildet. Das Hitzeschild 25 ist so angeordnet, dass es das einkristalline Silicium 1 umgibt, wenn das einkristalline Silicium 1 hergestellt wird. Das Hitzeschild 25 verhindert, dass Strahlungshitze von der Schmelze MD mit zugegebenem Dotierstoff, die in dem Tiegel 22 aufbewahrt wird, der Heizung 23 und einer Seitenwand des Tiegels 22 das einkristalline Silicium 1 beim Wachsen erreicht. Das Hitzeschild 25 unterdrückt auch thermische Diffusion von einer Fest-Flüssig-Grenzfläche (d.h., einer Grenzfläche, an der ein Kristall wächst) und einer Nachbarschaft davon nach außen. So kontrolliert der Hitzeschild 25 einen Temperaturgradienten sowohl von einem zentralen Teil als auch einem äußeren Umfangsteil des einkristallinen Siliciums 1 in Richtung der Hochziehachse.
Das Wärmeisolationsmaterial 26, das im Wesentlichen zylinderförmig ist, ist aus einem Kohlenstoffmaterial (z.B. Graphit) gebildet. Das Wärmeisolationsmaterial 26 ist an der Außenseite der Heizung 23 in einem vorher festgelegten Abstand von ihr angeordnet. Der Tiegelantrieb 27, der einen Trageschaft 53, der den Tiegel 22 von unten trägt, einschließt, rotiert den Tiegel 22, hebt ihn an und senkt ihn ab mit vorher festgelegter Geschwindigkeit.
Der Speicher 12 speichert verschiedene Informationen, die für die Herstellung des einkristallinen Siliciums 1 notwendig sind. Beispiele für die verschiedenen Informationen schließen eine Gasflussrate von Ar-Gas in der Kammer 21, einen Ofeninnendruck der Kammer 21, zu der Heizung 23 zugeführte elektrische Energie, die Rotationsgeschwindigkeit des Tiegels 22, die Rotationsgeschwindigkeit des einkristallinen Siliciums 1 und die Position des Tiegels 22 ein. Der Speicher 12 speichert ferner beispielsweise ein Profil des spezifischen Widerstands und ein Profil der Hochziehgeschwindigkeit.
Die Steuerung 13 steuert jede der Komponenten auf Basis der verschiedenen Informationen, die in dem Speicher 12 gespeichert sind, und der Bedienung durch einen Anwender, und hierdurch wird das einkristalline Silicium 1 hergestellt.
Die oben beschriebene Wachstumsvorrichtung 10 für einkristallines Silicium 1 lässt das einkristalline Silicium 1 wachsen, das einen Hals 3, eine Schulter 4, deren Durchmesser allmählich zunimmt, einen geraden Körper 5 und einen Schwanz (nicht gezeigt), dessen Durchmesser allmählich abnimmt, einschließt. Im Einzelnen lässt die Wachstumsvorrichtung 10 für einkristallines Silicium den Hals 3, die Schulter 4, den geraden Körper 5 und den Schwanz aufeinanderfolgend wachsen, indem der Keimkristall 2 in Kontakt mit der Schmelze MD mit zugegebenem Dotierstoff gebracht wird und dann der Keimkristall 2 hochgezogen wird.
Wenn in 3 die Dotierstoffzufuhreinheit 54 abgesenkt wird, bis sich der Behälterkörper 55 in der Nähe der Flüssigkeitsoberfläche der Siliciumschmelze M befindet, sublimiert der flüchtige Dotierstoff D in dem Behälterköper 55 durch Strahlungshitze von der Flüssigkeitsoberfläche der Siliciumschmelze M, so dass sich der Behälterkörper 55 mit dem in Gas umgewandelten flüchtigen Dotierstoff D füllt. Wenn die Sublimation des flüchtigen Dotierstoffs D weiter fortschreitet, wird der in Gas umgewandelte flüchtige Dotierstoff D durch das Freisetzungsrohr 56 in Richtung der Flüssigkeitsoberfläche der Siliciumschmelze M freigesetzt. Wenn der in Gas umgewandelte flüchtige Dotierstoff D in die Oberfläche der Siliciumschmelze M eingespeist wird, wird die Siliciumschmelze M mit dem flüchtigen Dotierstoff D dotiert und wird so zu der Schmelze MD mit zugegebenem Dotierstoff (siehe 2).
Die Dotierstoffzufuhreinheit muss nicht notwendigerweise die obige Konfiguration aufweisen. Beispielsweise kann die Dotierstoffzufuhreinheit einen gekörnten flüchtigen Dotierstoff in die Siliciumschmelze M fallenlassen und zugeben.
Verfahren zum Wachsenlassen von einkristallinem Silicium
Als nächstes wird ein Beispiel für das Verfahren zum Wachsenlassen von einkristallinem Silicium gemäß der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf ein in 4 gezeigtes Ablaufdiagramm beschrieben. Die beispielhafte Ausführungsform zeigt als ein Beispiel einen Fall, dass einkristallines Silicium vom n-Typ mit einem Produktdurchmesser von 200 mm hergestellt wird. Der Produktdurchmesser ist jedoch nicht darauf beschränkt.
Ferner schließen Beispiele für den flüchtigen Dotierstoff, der zugegeben werden soll, roten Phosphor (P), Arsen (As) und Antimon (Sb) ein. Die Typen des flüchtigen Dotierstoffs sind jedoch nicht darauf beschränkt.
Wie in dem Ablaufdiagramm in 4 gezeigt ist, schließt das Verfahren zum Wachsenlassen von einkristallinem Silicium einen Schritt S1 des Einstellens der Hochziehbedingungen, einen Schritt S2 des Schmelzens von Material, einen Schritt S3 der Stabilisierung der Temperatur der Siliciumschmelze, einen Schritt S4 der Zugabe von Dotierstoff (Dotierung), einen Hochziehschritt S5 und einen Kristallabkühlschritt S6 ein, die in dieser Reihenfolge durchgeführt werden. Der Hochziehschritt S5 des Hochziehens des einkristallinen Siliciums 1 schließt einen Schritt S5A des Wachstums des Halses, einen Schritt S5B des Wachstums der Schulter, einen Schritt S5C der ersten Feststellung von Versetzung, einen Schritt S5D des Wachstums des geraden Körpers, einen Schritt S5E der zweiten Feststellung von Versetzung und einen Schritt S5F des Wachstums des Schwanzes ein.
Das Verfahren zum Wachsenlassen von einkristallinem Silicium schließt ferner einen Rückschmelz (meltback)-Schritt S7 ein, bei dem das einkristalline Silicium 1 zu der Schmelze MD mit zugegebenem Dotierstoff geschmolzen wird. Wenn in dem Schritt S5C der ersten Feststellung von Versetzung oder dem Schritt S5E der zweiten Feststellung von Versetzung festgestellt wird, dass Versetzungen in dem einkristallinen Silicium 1 auftreten (d.h., die Feststellung ist „Ja“), wird die Hochziehoperation angehalten und der Prozess fährt mit dem Rückschmelzschritt S7 fort.
Bei dem Verfahren zum Wachsenlassen von einkristallinem Silicium gemäß der beispielhaften Ausführungsform lässt man das einkristalline Silicium 1 mit einem niedrigen spezifischen Widerstand wachsen, indem das einkristalline Silicium 1 aus der Schmelze MD mit zugegebenem Dotierstoff, der ein Dotierstoff vom n-Typ (z.B. roter Phosphor, Arsen oder Antimon) zugegeben wurde, hochzieht. In diesem Verfahren wird auch eine Zielkonzentration von Dotierstoff festgelegt. Die Dotierstoffkonzentration bezieht sich auf eine Dotierstoffkonzentration in dem einkristallinen Silicium 1. Wenn roter Phosphor als der flüchtige Dotierstoff zugegeben wird, ist die Dotierstoffkonzentration in dem einkristallinen Silicium 1 beispielsweise eine Phosphorkonzentration.
Der Schritt S1 der Einstellung der Hochziehbedingungen ist ein Schritt, in dem Hochziehbedingungen, wie beispielsweise die Rotation des Tiegels beispielsweise auf Basis eines spezifischen Zielwiderstands des geraden Körpers 5 des einkristallinen Siliciums 1 und der Zieldotierstoffkonzentration in dem einkristallinen Silicium 1, eingestellt werden.
Der spezifische Zielwiderstand des geraden Körpers 5 des einkristallinen Siliciums 1 kann, wenn roter Phosphor als flüchtiger Dotierstoff verwendet wird, auf einen Bereich von 0,5 mΩ·cm bis 1,3 mΩ·cm eingestellt werden. Wenn roter Phosphor als der flüchtige Dotierstoff verwendet wird, kann die Zieldotierstoffkonzentration in dem einkristallinen Silicium 1 auf einen Bereich von 3,4 × 10¹⁹ Atome/cm³ bis 1,6 × 10²⁰ Atome/cm³ eingestellt sein.
Wenn Arsen als der flüchtige Dotierstoff verwendet wird, kann der spezifische Zielwiderstand des geraden Körpers 5 des einkristallinen Siliciums 1 auf einen Bereich von 1,0 mΩ·cm bis 5,0 mΩ·cm eingestellt werden. Wenn Arsen als der flüchtige Dotierstoff verwendet wird, kann die Zieldotierstoffkonzentration in dem einkristallinen Silicium 1 auf einen Bereich von 1,2 × 10¹⁹ Atome/cm³ bis 7,4 × 10¹⁹ Atome/cm³ eingestellt werden.
Wenn Antimon als der flüchtige Dotierstoff verwendet wird, kann der spezifische Zielwiderstand des geraden Körpers 5 des einkristallinen Siliciums 1 auf einen Bereich von 10,0 mΩ·cm bis 30,0 mΩ·cm eingestellt werden. Wenn Antimon als der flüchtige Dotierstoff verwendet wird, kann die Zieldotierstoffkonzentration in dem einkristallinen Silicium 1 auf einen Bereich von 0,2 × 10¹⁹ Atome/cm³ bis 0,6 × 10¹⁹ Atome/cm³ eingestellt werden.
Die Erfindung ist für die Herstellung des einkristallinen Siliciums 1 mit einem extrem niedrigen spezifischen Widerstand geeignet, wie oben beschrieben wurde. Ferner schließt der Bereich der Erfindung einen Fall ein, dass das einkristalline Silicium 1 hergestellt wird, bei dem der spezifische Widerstand eines Teils des geraden Körpers 5 in den oben beschriebenen Bereich des spezifischen Zielwiderstands fällt.
Ein Anwender stellt die Hochziehbedingungen wie beispielsweise eine Hochziehgeschwindigkeit zum Beispiel auf Basis des oben beschriebenen spezifischen Zielwiderstands und der Zieldotierstoffkonzentration ein und gibt die Hochziehbedingungen in die Steuerung 13 ein. Die Steuerung 13 speichert die eingestellten Hochziehbedingungen und dergleichen in dem Speicher 12. Die Steuerung 13 liest die Hochziehbedingungen und dergleichen aus dem Speicher 12 aus und führt jeden Schritt auf Basis der ausgelesenen Hochziehbedingungen und dergleichen aus.
Der Schritt S2 des Schmelzens des Materials ist ein Schritt, in dem polykristallines Silicium (d.h., ein Siliciummaterial), das in dem Tiegel 22 enthalten ist, zu der Siliciumschmelze M geschmolzen wird. Die Steuerung 13 steuert eine Energiequelle (nicht gezeigt), die die Heizung 23 mit elektrischer Energie versorgt. Durch die Heizung 23, die den Tiegel 22 erhitzt, wird das polykristalline Silicium in dem Tiegel 22 geschmolzen und so die Siliciumschmelze M erzeugt.
Der Schritt S3 zur Stabilisierung der Temperatur der Siliciumschmelze ist ein Schritt, in dem eine Temperatur der Siliciumschmelze M auf eine Temperatur eingestellt wird, die für das Wachsenlassen des einkristallinen Siliciums 1 geeignet ist. In dem Schritt S3 zur Stabilisierung der Temperatur der Siliciumschmelze steuert die Steuerung 13 eine Leistung der Heizung 23, so dass die Temperatur der Siliciumschmelze M eine Temperatur ist, bei der der Keimkristall 2 nicht schmilzt, wenn er in die Siliciumschmelze M eingetaucht wird, und sich ein Kristall nicht auf der Flüssigkeitsoberfläche der Siliciumschmelze M abscheidet (z.B. 1.412 °C).
Zu diesem Zeitpunkt bildet sich keine verfestigte Schicht auf der Flüssigkeitsoberfläche der Siliciumschmelze M. Die verfestigte Schicht bildet sich durch die Siliciumschmelze M, die sich verfestigt. In dem Fall, dass sich die verfestigte Schicht bildet, kann die Dotierung deswegen nicht durchgeführt werden, weil sie durch die verfestigte Schicht behindert wird.
In dem Schritt S3 zur Stabilisierung der Temperatur der Siliciumschmelze steuert die Steuerung 13 die obere Heizung 231 und die untere Heizung 232 der Heizung 23 so, dass eine Wärmeerzeugungsmenge Qd der unteren Heizung 232 größer ist als eine Wärmeerzeugungsmenge Qu der oberen Heizung 231. In anderen Worten steuert die Steuerung 13 die Heizung 23 so, dass Wärmeerzeugungsmenge Qd der unteren Heizung > Wärmeerzeugungsmenge Qu der oberen Heizung erfüllt ist.
Ein Wärmeerzeugungsverhältnis Qd/Qu, das erhalten wird durch Dividieren der Wärmeerzeugungsmenge Qd der unteren Heizung 232 durch die Wärmeerzeugungsmenge Qu der oberen Heizung 231 liegt vorzugsweise in einem Bereich von 1,5 bis 4,0. Das Wärmeerzeugungsverhältnis Qd/Qu liegt mehr bevorzugt in einem Bereich von 3,0 bis 3,8.
Bei dem Verfahren zum Wachsenlassen von einkristallinem Silicium gemäß der beispielhaften Ausführungsform wird die Wärmeerzeugungsmenge Qd der unteren Heizung 232 größer eingestellt als die Wärmeerzeugungsmenge Qu der oberen Heizung 231, so dass in dem Schritt S3 der Stabilisierung der Temperatur der Siliciumschmelze und den folgenden Schritten ein unterer Teil der Siliciumschmelze M bei einer höheren Temperatur ist als ein oberer Teil der Siliciumschmelze M.
Eine Wärmeerzeugungsmenge der Heizung 23 entspricht der zu der Heizung 23 zugeführten elektrischen Energie. Das heißt, das Wärmeerzeugungsverhältnis Qd/Qu ist ein Wert, der erhalten wird durch Dividieren der der unteren Heizung 232 zugeführten elektrischen Energie durch die der oberen Heizung 231 zugeführte elektrische Energie.
Die Steuerung 13 steuert die Heizung 23 auf Basis einer Spezifizierung, wie beispielsweise einer Höhe der Heizung 23. Das heißt, selbst wenn die Höhe der oberen Heizung 231 und die Höhe der unteren Heizung 232 sich voneinander unterscheiden, steuert die Steuerung 13 die elektrische Energie, die jeder der oberen Heizung 231 und der unteren Heizung 232 zugeführt wird, so dass das obige Wärmeerzeugungsverhältnis Qd/Qu erfüllt ist.
Der Schritt S4 der Zugabe des Dotierstoffs ist ein Schritt der Zugabe des flüchtigen Dotierstoffs D zu der Siliciumschmelze M, um die Schmelze MD mit zugegebenem Dotierstoff herzustellen. Bei dem Schritt S4 der Zugabe des Dotierstoffs steuert die Steuerung 13 die Dotierstoffzufuhreinheit 54, so dass der in Gas umgewandelte flüchtige Dotierstoff D in den zentralen Teil der Flüssigkeitsoberfläche der Siliciumschmelze M eingespeist wird. Es ist erwähnenswert, dass die Dotierstoffzufuhreinheit 54 den in Gas umgewandelten flüchtigen Dotierstoff D in die gesamte Flüssigkeitsoberfläche der Siliciumschmelze M einspeisen kann.
In dem Schritt S4 der Zugabe des Dotierstoffs steuert die Steuerung 13 die Heizung 23 so, dass die Wärmeerzeugungsmengen Qu, Qd ähnlich sind zu denen in dem Schritt S3 der Stabilisierung der Temperatur der Siliciumschmelze. Mit anderen Worten steuert die Steuerung 13 die Heizung 23 so, dass Wärmeerzeugungsmenge Qd der unteren Heizung > Wärmeerzeugungsmenge Qu der oberen Heizung erfüllt ist. Das Wärmerzeugungsverhältnis Qd/Qu in dem Schritt S4 der Zugabe des Dotierstoffs liegt vorzugsweise in einem Bereich von 1,5 bis 4,0, mehr bevorzugt in einem Bereich von 3,0 bis 3,8, noch mehr bevorzugt von 3,5 ± 0,1.
Bei einem Wärmeerzeugungsverhältnis Qd/Qu von weniger als 1,5 wird die Temperatur der Flüssigkeitsoberfläche der Siliciumschmelze M nicht ausreichend verringert, so dass sich eine Verdampfungsmenge des flüchtigen Dotierstoffs D, der zu der Siliciumschmelze M zugegeben wird, erhöht und in hohem Maße variiert. Dies ruft in nachteiliger Weise hervor, dass der spezifische Widerstand des einkristallinen Siliciums leicht von dem spezifischen Zielwiderstand abweicht. Indessen wird bei einem Wärmeerzeugungsverhältnis Qd/Qu von mehr als 4,0 beispielsweise eine unbeabsichtigte Konvektion in der Siliciumschmelze M erzeugt und so die Temperatur der Flüssigkeitsoberfläche der Siliciumschmelze M inkonstant gemacht, so dass die Verdampfungsmenge des zugegebenen flüchtigen Dotierstoffs D nicht kontrolliert werden kann. Dies ruft auch in nachteiliger Weise hervor, dass der spezifische Widerstand des einkristallinen Siliciums leicht von dem spezifischen Zielwiderstand abweicht.
Als nächstes speist die Steuerung 13 Ar-Gas mit einer vorher festgelegten Flussrate durch den Gaseinlass 33A in die Kammer 21 ein und lässt durch Steuerung einer Vakuumpumpe (nicht gezeigt) Gas, das in der Kammer 21 vorliegt, durch den Gasauslass 33B ab, um den Druck in der Kammer 21 zu verringern und hierdurch das Innere der Kammer in inerter Atmosphäre unter verringertem Druck zu halten.
Dann steuert die Steuerung 13 den Hochziehantrieb 52, so dass das Kabel 51 abgesenkt wird und der Keimkristall 2 in die Schmelze MD mit zugegebenem Dotierstoff eingetaucht wird.
Anschließend steuert die Steuerung 13 den Tiegelantrieb 27, um den Tiegel 22 in einer vorher festgelegten Richtung zu rotieren und steuert den Hochziehantrieb 52 so, dass das Kabel 51, während das Kabel 51 in einer vorher festgelegten Richtung rotiert wird, hochgezogen wird und lässt hierdurch das einkristalline Silicium 1 wachsen.
Im Einzelnen lässt man den Hals 3, die Schulter 4, den geraden Körper 5 und den Schwanz (nicht gezeigt) in dem Schritt S5A des Wachstums des Halses, dem Schritt S5B des Wachstums der Schulter, dem Schritt S5D des Wachstums des geraden Körpers bzw. dem Schritt S5F des Wachstums des Schwanzes wachsen.
In dem Schritt S5A des Wachstums des Halses steuert die Steuerung 13 die Heizung 23 so, dass das Wärmeerzeugungsverhältnis Qd/Qu im Wesentlichen dasselbe ist wie in dem Schritt S4 der Zugabe des Dotierstoffs. Im Einzelnen ist das Wärmeerzeugungsverhältnis Qd/Qu in dem Schritt S5A des Wachstums des Halses vorzugsweise 100 ± 10 % des Wärmeerzeugungsverhältnisses Qd/Qu in dem Schritt S4 der Zugabe des Dotierstoffs.
Das heißt, weil in dem Schritt S5A des Wachstums des Halses das meiste der Flüssigkeitsoberfläche der Siliciumschmelze M in dem Tiegel 22 exponiert ist und so die Verdampfungsmenge des flüchtigen Dotierstoffs D erhöht wird, ist es bevorzugt, das Wärmeerzeugungsverhältnis Qd/Qu in dem Schritt S5A des Wachstums des Halses im Wesentlichen gleich zu halten zu demjenigen in dem Schritt S4 der Zugabe des Dotierstoffs, um die Verdampfung des flüchtigen Dotierstoffs D zu verringern.
In dem Schritt S5B des Wachstums der Schulter kann das Wärmeerzeugungsverhältnis Qd/Qu auf Basis einer Sauerstoffkonzentration eingestellt werden, die in dem geraden Körper 5 gefordert ist (d.h., eine Sauerstoffkonzentration in dem geraden Körper 5). Es ist erwähnenswert, dass die oben beschriebene Sauerstoffkonzentration eine gemäß ASTM F121-1979 bestimmte Konzentration von Zwischengittersauerstoff ist.
Beispielsweise wird, wenn die Sauerstoffkonzentration (d.h., Sauerstoffzielkonzentration), die in dem geraden Körper 5 gefordert ist, 12,0 × 10¹⁷ Atome/cm³ oder mehr beträgt, das Wärmeerzeugungsverhältnis Qd/Qu so eingestellt, dass das Wärmeerzeugungsverhältnis Qd/Qu zumindest bei Abschluss des Schritts S5B des Wachstums der Schulter in einem Bereich von 3,5 bis 4,5, vorzugsweise in einem Bereich von 3,9 bis 4,1 liegt.
Wenn die in dem geraden Körper 5 geforderte Sauerstoffkonzentration weniger als 12,0 × 10¹⁷ Atome/cm³ ist, wird das Wärmeerzeugungsverhältnis Qd/Qu so eingestellt, dass das Wärmeerzeugungsverhältnis Qd/Qu zumindest bei Abschluss des Schritts S5B des Wachstums der Schulter in einem Bereich von 0,75 bis 1,25, vorzugsweise in einem Bereich von 0,9 bis 1,1 liegt.
Der Grund, warum das Wärmeerzeugungsverhältnis Qd/Qu in dem Schritt S5B des Wachstums der Schulter abhängig von der Sauerstoffkonzentration, die in dem geraden Körper 5 gefordert ist, geändert wird, liegt darin, dass eine Sauerstoffkonzentration in einem Teil des geraden Körpers nahe an der Schulter 4 in großem Maße durch eine Temperatur der Schmelze in dem Tiegel in dem Schritt S5B des Wachstums der Schulter beeinflusst wird. Entsprechend wird, um es zu erleichtern, dass die Sauerstoffkonzentration in dem Teil des geraden Körpers 5 nahe an der Schulter 4 in einen geforderten Bereich der Sauerstoffkonzentration fällt, die Temperatur der Schmelze eingestellt, indem das Wärmeerzeugungsverhältnis Qd/Qu in dem Schritt S5B des Wachstums der Schulter geändert wird.
Es ist erwähnenswert, dass die Sauerstoffkonzentration in dem geraden Körper 5 eingestellt wird, indem ferner die Intensität eines Magnetfelds, die Rotationsgeschwindigkeit des Tiegels oder dergleichen in dem Schritt S5D des Wachstums des geraden Körpers eingestellt wird.
In dem Schritt S5B des Wachstums der Schulter kann das Wärmeerzeugungsverhältnis Qd/Qu einfach so kontrolliert werden, dass es konstant ist, indem man auf die Verringerung der Verdampfung des flüchtigen Dotierstoffs fokussiert, ohne die oben beschriebene Einstellung auf Basis der in dem geraden Körper 5 geforderten Sauerstoffkonzentration vorzunehmen. Das Wärmeerzeugungsverhältnis Qd/Qu liegt vorzugsweise in einem Bereich von 1,0 bis 4,0, mehr bevorzugt in einem Bereich von 2,5 bis 3,8.
Der Schritt S5C der ersten Feststellung von Versetzungen ist ein Schritt, in dem in oder nach dem Schritt S5B des Wachstums der Schulter festgestellt wird, ob Versetzungen in der Schulter 4 des einkristallinen Siliciums 1 auftreten.
Wenn Versetzungen auftreten (d.h., die Feststellung ist „Ja“), wird der Hochziehschritt S5 angehalten und der Rückschmelzschritt S7 des Schmelzens des einkristallinen Siliciums 1 zu der Schmelze MD mit zugegebenem Dotierstoff wird ausgeführt, was den Wachstumsprozess des einkristallinen Siliciums von dem Schritt S3 der Stabilisierung der Temperatur der Siliciumschmelze wieder aufnimmt. In dem Rückschmelzschritt S7 liegt das Wärmeerzeugungsverhältnis Qd/Qu vorzugsweise in einem Bereich von 1,5 bis 3,0, mehr bevorzugt in einem Bereich von 2,0 bis 2,5. Wenn Versetzungen nicht auftreten (d.h., die Feststellung ist „Nein“), wird der Schritt S5D des Wachstums des geraden Körpers durchgeführt, anstelle des Rückschmelzschritts S7.
In dem Schritt S5D des Wachstums des geraden Körpers steuert die Steuerung 13 die Heizung 23 so, dass das Wärmeerzeugungsverhältnis Qd/Qu 1 ist und lässt den geraden Körper 5 wachsen. Das heißt, in dem Schritt S5D des Wachstums des geraden Körpers steuert die Steuerung 13 die Heizung 23 so, dass die Leistung der oberen Heizung 231 und die Leistung der unteren Heizung 232 im Wesentlichen dieselbe sind.
In dem Schritt S5C der zweiten Feststellung von Versetzungen wird festgestellt, ob Versetzungen in dem geraden Körper 5 des einkristallinen Siliciums 1 auftreten. Wenn Versetzungen auftreten (d.h., die Feststellung ist „Ja“), wird der Hochziehschritt S5 angehalten und der Rückschmelzschritt S7 ausgeführt, was den Wachstumsprozess des einkristallinen Siliciums 1 von dem Schritt S3 der Stabilisierung der Temperatur der Siliciumschmelze wieder aufnimmt. Wenn Versetzungen nicht auftreten (d.h., die Feststellung ist „Nein“) wird der Schritt S5F des Wachstums des Schwanzes ausgeführt.
In dem Schritt S5F des Wachstums des Schwanzes steuert die Steuerung 13 die Heizung 23 so, dass das Wärmeerzeugungsverhältnis Qd/Qu 1 ist und lässt so den Schwanz wachsen. Das heißt, in dem Schritt S5F des Wachstums des Schwanzes steuert die Steuerung 13 die Heizung 23 so, dass die Leistung der oberen Heizung 231 und die Leistung der unteren Heizung 232 im Wesentlichen dieselbe sind.
Als nächstes steuert die Steuerung 13 den Hochziehantrieb 52, um den Schwanz des einkristallinen Siliciums 1 von der Schmelze MD mit zugegebenem Dotierstoff zu trennen.
In dem Kristallabkühlschritt S6 steuert die Steuerung 13 den Hochziehantrieb 52 so, dass das Kabel 51 weiter hochgezogen wird und kühlt hierdurch das von der Schmelze MD mit zugegebenem Dotierstoff abgetrennte einkristalline Silicium 1.
Zuletzt wird, nachdem bestätigt wird, dass das abgekühlte einkristalline Silicium 1 in der Ziehkammer 32 untergebracht ist, das einkristalline Silicium 1 aus der Ziehkammer 32 entnommen.
Gemäß der beispielhaften Ausführungsform kann durch Einstellen der Leistung der unteren Heizung 232 größer als die Leistung der oberen Heizung 231 in dem Schritt S4 der Zugabe von Dotierstoff die Temperatur der Flüssigkeitsoberfläche der Siliciumschmelze M, wenn der flüchtige Dotierstoff D zugegeben wird, verringert werden. Dies ermöglicht eine niedrigere Verdampfungsrate des flüchtigen Dotierstoffs D an der Flüssigkeitsoberfläche, um eine Menge des flüchtigen Dotierstoffs D, der zu der Siliciumschmelze M zugegeben werden muss, zu verringern.
Durch Verringern der Verdampfung des flüchtigen Dotierstoffs D durch das obige Verfahren kann das einkristalline Silicium mit niedrigem spezifischem Widerstand und mit unterdrücktem Auftreten von Versetzungen bereitgestellt werden, verglichen mit einem Verfahren, bei dem Verdampfung des flüchtigen Dotierstoffs dadurch verringert wird, dass der Druck in der Kammer hochgehalten wird.
Ferner kann die Zugabe des flüchtigen Dotierstoffs D zu der Siliciumschmelze M, wobei sich keine verfestigte Schicht auf der Flüssigkeitsoberfläche der Siliciumschmelze M bildet, die Dotierung verlässlicher durchführen, ohne jegliche Behinderung der Dotierung durch die verfestigte Schicht.
Ferner kann durch Verwendung von rotem Phosphor, Arsen oder Antimon als flüchtiger Dotierstoff D das einkristalline Silicium 1 vom n-Typ mit einem niedrigen spezifischen Widerstand wachsen gelassen werden.
Zusätzlich kann, indem das Wärmeerzeugungsverhältnis Qd/Qu in dem Schritt S5A des Wachstums des Halses so eingestellt wird, dass es im Wesentlichen dasselbe ist wie dasjenige in dem Schritt S4 der Zugabe von Dotierstoff, eine Einstellungsoperation des Wärmeerzeugungsverhältnisses in dem Schritt S5A des Wachstums des Halses vermieden werden.
Durch Einstellen des Wärmeerzeugungsverhältnisses Qd/Qu in dem Schritt S5B des Wachstums der Schulter auf Basis der in dem geraden Körper 5 geforderten Sauerstoffkonzentration kann darüber hinaus die Sauerstoffkonzentration in dem geraden Körper 5 nahe an den geforderten Wert gebracht werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Wachsenlassen von einkristallinem Silicium ist auf ein Verfahren anwendbar, in dem man einkristallines Silicium unter Verwendung eines sogenannten Mehrfachhochziehprozesses wachsen lässt, bei dem mehrere Stücke von einkristallinem Silicium 1 unter Verwendung desselben Tiegels 22 hochgezogen werden.
Das Verfahren zum Wachsenlassen von einkristallinem Silicium unter Verwendung des Mehrfachhochziehprozesses schließt nach dem Hochziehschritt S5 und dem Kristallabkühlschritt S6 einen Mehrfachhochziehschritt ein, in dem ein oder mehrere weitere Stücke von einkristallinem Silicium unter Verwendung desselben Tiegels 22 wie derjenige, der in dem Hochziehschritt S5 verwendet wurde, verwendet werden.
Vor dem Mehrfachhochziehschritt wird ein Siliciummaterial für jedes der Stücke von einkristallinem Silicium dem Tiegel 22 zugeführt und erhitzt und so eine Siliciumschmelze erhalten, der der flüchtige Dotierstoff zugegeben wird. Ebenso liegt in dem Schritt der Zugabe des flüchtigen Dotierstoffs zu der Siliciumschmelze für jedes der Stücke des einkristallinen Siliciums das Wärmeerzeugungsverhältnis Qd/Qu vorzugsweise in einem Bereich von 1,5 bis 4,0, mehr bevorzugt in einem Bereich von 3,0 bis 3,8, noch mehr bevorzugt von 3,5 ± 0,1.
Somit ermöglicht in dem Verfahren zum Wachsenlassen von einkristallinem Silicium unter Verwendung des Mehrfachhochziehprozesses die Kontrolle des Wärmeerzeugungsverhältnisses Qd/Qu beim Dotieren der wieder zugeführten Siliciumschmelze ebenso eine niedrige Verdampfungsrate des flüchtigen Dotierstoffs D, und so wird die Menge des flüchtigen Dotierstoffs D, die zu der Siliciumschmelze zugegeben werden muss, verringert.
Beispiel(e)
Ein Beispiel, in dem das Wärmeerzeugungsverhältnis Qd/Qu von dem Schritt S3 der Stabilisierung der Temperatur der Siliciumschmelze bis zu dem Schritt S5B des Wachstums der Schulter 3,5 betrug, wurde mit einem Vergleich verglichen, in dem das Wärmeerzeugungsverhältnis Qd/Qu von dem Schritt S3 der Stabilisierung der Temperatur der Siliciumschmelze bis zu dem Schritt S5B des Wachstums der Schulter 1 betrug.
Es ist zu erwähnen, dass sich das Beispiel von dem Vergleich lediglich in dem Wärmeerzeugungsverhältnis Qd/Qu unterschied und die anderen Bedingungen dieselben waren.
5 illustriert Graphen, die jeweils einen Prozentsatz eines spezifischen Widerstands eines oberen Teils des geraden Körpers zu dessen spezifischem Zielwiderstand zeigen und stellt ebenso Box-Plots dar, die jeweils die Verteilung der Daten zeigen. Die Ordinatenachsen bezeichnen den Prozentsatz des spezifischen Widerstands des oberen Teils des geraden Körpers zu dessen spezifischem Zielwiderstand. Wenn der spezifische Widerstand des oberen Teils des geraden Körpers derselbe ist wie der spezifische Zielwiderstand, ist der Prozentsatz 100 %. Die Abszissenachsen bezeichnen die Häufigkeit des jeweiligen Prozentsatzes des spezifischen Widerstands des oberen Teils des geraden Körpers zu dem spezifischen Zielwiderstand.
Wie in 5 gezeigt ist, hatte das Beispiel (in dem das Wärmeerzeugungsverhältnis 3,5 war) eine hervortretend große Häufigkeit von 100 % als Prozentsatz des spezifischen Widerstands des oberen Teils des geraden Körpers zu dem spezifischen Zielwiderstand und zeigte eine geringe Variation des Prozentsatzes des spezifischen Widerstands des oberen Teils des geraden Körpers zu dem spezifischen Widerstand des spezifischen Zielwiderstands, verglichen mit dem Vergleich (in dem das Wärmeerzeugungsverhältnis 1 betrug). Das heißt, durch Einstellen des Wärmeerzeugungsverhältnisses Qd/Qu beim Wachsenlassen des einkristallinen Siliciums auf 3,5 variiert die Verdampfungsmenge des flüchtigen Dotierstoffs weniger, so dass die Wahrscheinlichkeit, dass der spezifische Zielwiderstand eines Produkts erhalten wird, vergrößert werden kann.
In der obigen beispielhaften Ausführungsform schließt die Heizung 23 die obere Heizung 231 und die untere Heizung 232 ein. Die Anordnung der Heizung 23 ist jedoch nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann die Heizung 23 eine dreiteilige Heizung sein, die zusätzlich eine Heizung am Boden einschließt, die eingerichtet ist, einen Bodenteil des Tiegels 22 zu erhitzen. In diesem Fall ist das Wärmeerzeugungsverhältnis Qd/Qu ein Wert, der erhalten wird durch Dividieren einer Summe der Wärmeerzeugungsmenge der unteren Heizung und der Wärmeerzeugungsmenge der Heizung am Boden durch die Wärmeerzeugungsmenge der oberen Heizung.
Bezugszeichenliste

10: Wachstumsvorrichtung für einkristallines Silicium,
12: Speicher,
13: Steuerung,
21: Kammer,
22: Tiegel,
23: Heizung,
231: obere Heizung,
232: untere Heizung,
24: Hochzieheinheit,
54: Dotierstoffzufuhreinheit,
D: flüchtiger Dotierstoff,
M: Siliciumschmelze,
S1: Schritt der Einstellung der Hochziehbedingungen,
S2: Schritt des Schmelzens von Material,
S3: Schritt der Stabilisierung derTemperatur der Siliciumschmelze,
S4: Schritt der Zugabe vonDotierstoff (Dotierung),
S5: Hochziehschritt,
S5A: Schritt des Wachstums des Halses,
S5B: Schritt des Wachstums der Schulter,
S5C: Schritt der ersten Feststellung vonVersetzungen,
S5D: Schritt des Wachstums des geraden Körpers,
S5E: Schritt der zweiten Feststellung von Versetzungen,
S5F: Schritt des Wachstums des Schwanzes,
S6: Abkühlungsschritt,
S7: Rückschmelzschritt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 20121408 A [0005]
JP 201173897 A [0005]

Claims

Verfahren zum Wachsenlassen von einkristallinem Silicium nach einem Czochralski-Prozess unter Verwendung einer Wachstumsvorrichtung für einkristallines Silicium, wobei die Vorrichtung umfasst: eine Kammer; einen in der Kammer angeordneten Tiegel; eine Heizung, die eingerichtet ist, eine in dem Tiegel enthaltene Siliciumschmelze zu erhitzen, wobei die Heizung eine obere Heizung, die eingerichtet ist, einen oberen Teil des Tiegels zu erhitzen, und eine untere Heizung, die eingerichtet ist, einen unteren Teil des Tiegels zu erhitzen, umfasst; und eine Hochzieheinheit, die eingerichtet ist, einen Keimkristall nach oben zu ziehen, nachdem der Keimkristall in Kontakt mit der Siliciumschmelze gebracht wurde, wobei das Verfahren umfasst: Zugabe eines flüchtigen Dotierstoffs zu der Siliciumschmelze; anschließend an die Zugabe des flüchtigen Dotierstoffs, Hochziehen des einkristallinen Siliciums, wobei bei der Zugabe des flüchtigen Dotierstoffs der Tiegel auf eine Weise erhitzt wird, dass sich keine verfestigte Schicht auf einer Flüssigkeitsoberfläche der Siliciumschmelze bildet und eine Wärmeerzeugungsmenge Qd der unteren Heizung und eine Wärmeerzeugungsmenge Qu der oberen Heizung Qd > Qu erfüllen.
Verfahren zum Wachsenlassen von einkristallinem Silicium gemäß Anspruch 1, bei dem der flüchtige Dotierstoff roter Phosphor, Arsen oder Antimon ist.
Verfahren zum Wachsenlassen von einkristallinem Silicium gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem bei der Zugabe des flüchtigen Dotierstoffs der Tiegel auf eine Weise erhitzt wird, dass ein Wärmeerzeugungsverhältnis Qd/Qu in einem Bereich von 1,5 bis 4,0 liegt, wobei das Wärmeerzeugungsverhältnis Qd/Qu erhalten wird, indem die Wärmeerzeugungsmenge Qd der unteren Heizung durch die Wärmeerzeugungsmenge Qu der oberen Heizung dividiert wird.
Verfahren zum Wachsenlassen von einkristallinem Silicium gemäß Anspruch 3, bei dem das Hochziehen des einkristallinen Siliciums das Wachsenlassen eines Halses umfasst und ein Wärmeerzeugungsverhältnis Qd/Qu bei dem Wachsenlassen des Halses 100 ± 10 % des Wärmeerzeugungsverhältnisses Qd/Qu bei der Zugabe des flüchtigen Dotierstoffs ist.
Verfahren zum Wachsenlassen von einkristallinem Silicium gemäß Anspruch 3 oder 4, bei dem das Hochziehen des einkristallinen Siliciums das Wachsenlassen einer Schulter umfasst, und in einem Fall, dass die Sauerstoffzielkonzentration in einem geraden Körper 12,0 × 10¹⁷ Atome/cm³ oder mehr ist, ein Wärmeerzeugungsverhältnis Qd/Qu zumindest beim Abschluss des Wachsenlassens der Schulter in einem Bereich von 3,5 bis 4,5 liegt und in einem Fall, dass die Sauerstoffzielkonzentration in dem geraden Körper weniger als 12,0 × 10¹⁷ Atome/cm³ ist, das Wärmeerzeugungsverhältnis Qd/Qu zumindest beim Abschluss des Wachsenlassens der Schulter in einem Bereich von 0,75 bis 1,25 liegt.
Verfahren zum Wachsenlassen von einkristallinem Silicium gemäß Anspruch 5, das ferner bei oder nach dem Wachsenlassen der Schulter umfasst, dass zuerst festgestellt wird, ob eine Versetzung in der Schulter auftritt, wobei in einem Fall, dass bei der ersten Feststellung, ob die Versetzung auftritt, festgestellt wird, dass die Versetzung in der Schulter auftritt, die Hochziehoperation angehalten wird und Schmelzen des einkristallinen Siliciums zu der Siliciumschmelze ausgeführt wird und ein Wärmeerzeugungsverhältnis Qd/Qu bei dem Schmelzen des einkristallinen Siliciums in einem Bereich von 1,5 bis 3,0 liegt.
Verfahren zum Wachsenlassen von einkristallinem Silicium gemäß mindestens einem der Ansprüche 3 bis 6, das ferner im Anschluss an das Hochziehen des einkristallinen Siliciums das Hochziehen von einem oder mehreren weiteren Stücken von einkristallinem Silicium umfasst, wobei der Tiegel unverändert verwendet wird, wobei vor dem Hochziehen der einen oder mehreren weiteren Stücke von einkristallinem Silicium der flüchtige Dotierstoff zu einer Siliciumschmelze für die einen oder mehreren weiteren Stücke von einkristallinem Silicium zugegeben wird und bei der Zugabe des flüchtigen Dotierstoffs der Tiegel auf eine solche Weise erhitzt wird, dass das Wärmeerzeugungsverhältnis Qd/Qu in einem Bereich von 1,5 bis 4,0 liegt.