DE19700517B4

DE19700517B4 - Einkristallwachstumsverfahren

Info

Publication number: DE19700517B4
Application number: DE19700517A
Authority: DE
Inventors: Hiroaki Taguchi; Takashi Atami; Hisashi Furuya; Michio Omiya Kida
Original assignee: Mitsubishi Materials Silicon Corp; Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Silicon Corp; Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1996-01-12
Filing date: 1997-01-09
Publication date: 2010-07-15
Anticipated expiration: 2017-01-10
Also published as: CN1160778A; TW399108B; CN1134559C; JP3840683B2; KR970059322A; DE19700517A1; US5840115A; KR100490276B1; JPH09194284A

Abstract

Verfahren zum Wachsenlassen eines Halbleitereinkristalls unter Verwendung eines CZ-Wachstumsverfahrens mit angelegtem magnetischem Feld, mit
einem ersten Schritt, bei welchem ein Halbleitereinkristall aus einem Schmelztiegel gezogen wird, während Ausgangsmaterial dem Schmelztiegel kontinuierlich zugeführt wird, um eine konstante Menge der Halbleiterschmelze aufrechtzuerhalten, wobei ein magnetisches Feld vorgegebener Stärke an die Halbleiterschmelze angelegt wird,
einem Zwischenübergangsschritt, in welchem die Menge an zugeführtem Ausgangsmaterial mit einer vorbestimmten Rate verringert wird, bis die Menge an zugeführtem Ausgangsmaterial null erreicht, und der Schmelztiegel proportional zur Verringerungsrate der Menge an Ausgangsmaterial angehoben wird, so dass ein Oberflächenniveau der Halbleiterschmelze im Zwischenübergangsschritt auf einem konstanten Niveau gehalten wird, und
einem zweiten Schritt, bei welchem der Halbleitereinkristall unter Verwendung der Restschmelze aus gezogen wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Einkristallwachstumsverfahren, bei welchem ein Halbleitereinkristall aus einer Halbleiterschmelze gezogen wird.
Das CZ-Wachstumsverfahren ist ein Beispiel für eine der momentan bekannten Vorgehensweisen zum Aufwachsenlassen von Halbleitereinkristallen aus Materialien wie beispielsweise Silizium (Si) oder Galliumarsenid (GaAs).
Das CZ-Wachstumsverfahren dient zum Ziehen eines Halbleitereinkristalls, und umfaßt das Schmelzen eines Halbleiterausgangsmaterials innerhalb eines Quarzschmelztiegels, um eine Halbleiterschmelze zu erzeugen, und nachfolgendes Einführen eines Impfkristalls, damit ein Halbleitereinkristall aus der Schmelze wächst.
Da das CZ-Wachstumsverfahren (nachstehend als normales CZ-Wachstumsverfahren bezeichnet) die einfache Erzeugung von Einkristallen mit großem Durchmesser und hoher Reinheit ermöglicht, welche keine Versetzungen oder extrem geringe Pegel an Gitterfehlern aufweisen, wird es in weitem Ausmaß beim Wachsenlassen verschiedener Halbleitereinkristalle verwendet.
Allerdings besteht bei dem normalen CZ-Wachstumsverfahren das Problem, daß infolge der Tatsache, daß sich die Menge der Halbleiterschmelze verringert, wenn der Halbleiterkristall aufgezogen wird, sich infolge eines Trenneffekts bezüglich der Verunreinigungen die Verunreinigungskonzentration in der Ziehrichtung ändert.
Als Vorgehensweise, um diesen Nachteil zu vermeiden, wurde das kontinuierliche CZ-Wachstumsverfahren vorgeschlagen (nachstehend als CCZ-Wachstumsverfahren abgekürzt).
Bei dem CCZ-Wachstumsverfahren wird ein Ausgangsmaterial ständig einer ursprünglichen Halbleiterschmelze zugeführt, und gleichzeitig wird eine vorbestimmte Menge an Dotiermittel kontinuierlich oder intermittierend zugeführt, so daß der Halbleiterziehvorgang mit einer konstanten Menge an Halbleiterschmelze durchgeführt wird. Diese Vorgehensweise führt daher zu einer konstanten Verunreinigungskonzentration in der Ziehrichtung, und daher kann ein Halbleiterkristall mit besserer Qualität wachsen.
Eine der Verbesserungen des voranstehend geschilderten CCZ-Wachstumsverfahrens, welche vorgeschlagen wurde, ist ein sogenanntes CZ-Verfahren mit angelegtem konstanten Magnetfeld (nachstehend als CMCZ-Wachstumsverfahren bezeichnet), bei welchem ein Doppelschmelztiegel verwendet wird. Bei dieser Vorgehensweise wird bei dem CCZ-Wachstumsverfahren von außen ein Magnetfeld an die Halbleiterschmelze im Inneren des Schmelztiegels angelegt, um so die Konvektion in der Halbleiterschmelze zu unterdrücken, was das Wachstum von Einkristallen mit hohen Schlupffreiheitsverhältnissen ermöglicht, und mit einer extrem guten Steuerung der Sauerkonzentrationspegel.
2 zeigt ein Beispiel für eine Siliziumeinkristall-Ziehvorrichtung, welche das voranstehend geschilderte CMCZ-Wachstumsverfahren verwendet, wobei diese Figur aus der japanischen Patentanmeldung, erste Veröffentlichung, Nr. Hei-4-305091 stammt. Bei dieser Einkristall-Ziehvorrichtung 1 sind ein Doppelschmelztiegel 3, eine Heizvorrichtung 4, und ein Ausgangsmaterialzufuhrrohr 5 im Inneren einer hohlen, gasdichten Kammer 2 angeordnet, und befindet sich ein Magnet 6 außerhalb der Kammer 2.
Der Doppelschmelztiegel 3 weist einen annähernd halbkugelförmigen äußeren Schmelztiegel 11 aus Quarz (SiO₂) auf, sowie einen inneren Schmelztiegel 12 aus Quarz, der einen zylindrischen Trennkörper darstellt, der im Inneren des äußeren Schmelztiegels 11 angebracht ist. Die Seitenwand des inneren Schmelztiegels 12 enthält mehrere Verbindungsöffnungen 13, welche den Bereich zwischen dem inneren und äußeren Schmelztiegel 12 bzw. 11 (den Ausgangsmaterialschmelzbereich) mit dem Inneren des inneren Schmelztiegels 12 (dem Kristallwachstumsbereich) verbinden.
Der Doppelschmelztiegel 3 ist auf einer Aufnahme 15 angebracht, die auf einer Vertikalwelle 14 aufsitzt, die im Zentrum im unteren Abschnitt der Kammer 2 angeordnet ist, und in der Horizontalebene mit einer festgelegten Winkelgeschwindigkeit um die Achse der Welle 14 gedreht werden kann. Die Halbleiterschmelze (das Ausgangsmaterial für die Erzeugung von Halbleitereinkristallen, geschmolzen durch Erhitzung) 21 befindet sich im Inneren dieses Doppelschmelztiegels 3.
Die Heizvorrichtung 4 erhitzt und schmilzt das Halbleiterausgangsmaterial im Inneren des Schmelztiegels, und hält die Temperatur der so erzeugten Halbleiterschmelze 21 aufrecht. Normalerweise wird eine Widerstandsheizung eingesetzt. Das Ausgangsmaterialzufuhrrohr 5 wird dazu verwendet, kontinuierlich eine bestimmte Menge an Halbleiterausgangsmaterial 22 der Oberfläche der Halbleiterschmelze zwischen dem äußeren Schmelztiegel 11 und dem inneren Schmelztiegel 12 zuzuführen.
Der Magnet 6 wird dazu verwendet, von außen ein Magnetfeld an die Halbleiterschmelze 21. im Inneren des Doppelschmelztiegels 3 anzulegen, und Lorentzkräfte in der Halbleiterschmelze 21 zu erzeugen, wodurch die Konvektion innerhalb der Halbleiterschmelze 21 und die Sauerstoffkonzentration kontrolliert wird, Oberflächenschwingungen unterdrückt werden, und so weiter.
Beispiele für Ausgangsmaterialien 22, welche über das voranstehend erwähnte Ausgangsmaterialzufuhrrohr 5 zugeführt werden können, umfassen Polysilizium, welches durch Brechen in einem Brechwerk flockenförmig ausgebildet wurde, oder Polysiliziumkörnchen, die aus einem gasförmigen Ausgangsmaterial unter Einsatz einer thermischen Zersetzung abgeschieden werden, wobei zusätzlich, je nach Erfordernis, Zusatzstoffe hinzugefügt werden können, die als Dotiermittel bekannt sind, beispielsweise Bor (B) (im Falle der Erzeugung von Siliziumeinkristallen des p-Typs) oder Phosphor (P) (im Falle der Erzeugung von Siliziumeinkristallen des n-Typs).
Im Falle von Galliumarsenid (GaAs) ist der Vorgang ähnlich wie voranstehend geschildert, jedoch wird in diesem Fall als Zusatzstoff entweder Zink (Zn) oder Silizium (Si) verwendet.
Bei der voranstehend geschilderten Einkristall-Ziehvorrichtung 1 hängt ein Impfkristall 25 von einer Ziehwelle 24 herunter, die oberhalb des inneren Schmelztiegels 12 und über der Wellenachsenlinie angeordnet ist, und wächst ein Halbleitereinkristall 26 an der oberen Oberfläche der Halbleiterschmelze 21 um den Impfkristall 25.
Bei dem voranstehend geschilderten CMCZ-Wachstumsverfahren existiert allerdings das Problem, daß dann, wenn das Ziehen des Halbleitereinkristalls fertig ist, eine Restschmelze übrig bleibt, die ein größeres Volumen aufweist als die Restschmelze nach einem normalen CZ-Wachstumsverfahren, was dazu führt, daß die Nutzungsrate des Halbleiterausgangsmaterials verringert ist.
Die Druckschrift JP 57123896 beschreibt ein Wachsenlassen eines Einkristalls unter Verwendung eines mit Rohmaterial gefüllten Tiegels. Der Kristall wächst unter Verwendung des geschmolzenen Rohmaterials ohne irgendeine Bereitstellung weiteren Rohmaterials während des Wachstumsprozesses. Während des Wachsens des Kristalls sinkt der Pegel der Schmelze langsam auf einen niedrigsten Pegel.
Die Druckschrift DE 28 21 481 beschreibt eine Anordnung zum Ziehen von Silizium aus einem Schmelztiegel. Das Verfahren umfasst ein Auffüllen eines Tiegels mit polykristallinem Silizium und ein schmelzen des Siliziums. Nach dem Schmelzprozess wird der Tiegel in einer erwünschten Distanz zu einer Abdeckung angeordnet. Während des Endabschnitts des Ziehvorgangs wird die Ziehgeschwindigkeit reduziert, um eine Verminderung der Schmelzmaterialoberfläche und die erhöhte Temperatur von den freigelegten Tiegelwänden zu berücksichtigen. Die Oberfläche der Schmelze wird auf einem konstanten Pegel gehalten, indem der Tiegel nachgeführt wird.
Aus den Druckschriften WO 95/17016 A1 und US 4 249 988 ist es bekannt, eine Restschmelze zum weiteren Ziehen eines Einkristalls zu nutzen.
Aus der Druckschrift DE 37 01 811 A1 ist eine Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls bekannt, die ein Zufuhrrohr zum Nachführen von Rohmaterial aufweist.
Aus der Druckschrift JP 07300389 A ist eine Vorrichtung bekannt, bei der zum Ziehen eines Einkristalls Rohmaterial durch eine Zufuhreinrichtung zugeführt wird. Nach einem Ziehen aus einer Schmelze ohne Zufuhr von Rohmaterial mit einem Anheben des Tiegels wird eine Zufuhr von Rohmaterial begonnen und das Anheben des Tiegels gestoppt.
Die vorliegende Erfindung berücksichtigt die voranstehend geschilderten Faktoren, und hat die Aufgabe, Einkristallwachstumsverfahren zur Verfügung zu stellen, welche eine erhöhte Nutzungsrate des Halbleiterausgangsmaterials ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch die Verfahren zum Wachsenlassen eines Halbleitereinkristalls unter Verwendung eines CZ-Wachstumsverfahrens mit angelegtem magnetischem Feld mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 3 gelöst.
In einem Beispiel verwendet ein Verfahren zum Wachsenlassen eines Halbleitereinkristalls unter Verwendung eines CZ-Wachstumsverfahrens einen ersten Schritt, in welchem ein Halbleitereinkristall gezogen wird, während Ausgangsmaterial ständig zugeführt wird, um eine konstante Menge an Halbleiterschmelze aufrechtzuerhalten, sowie, einen zweiten Schritt, bei welchem die Zufuhr von Ausgangsmaterial gestoppt wird, und ein Halbleitereinkristall unter Verwendung der Restschmelze aus dem ersten Schritt gezogen wird.
Selbstverständlich erfordert es das voranstehend geschilderte Verfahren, daß ein Ziehbeginnübergangsschritt vor dem ersten. Schritt beendet ist, und ein Ziehbeendigungsübergangsschritt nach dem zweiten Schritt vorgesehen wird.
Unter Verwendung dieses Verfahrens wird zuerst ein Halbleitereinkristall mit kontinuierlicher Zufuhr des Ausgangsmaterials gezogen, unter Verwendung des CCZ-Wachstumsverfahrens. Daraufhin wird die Restschmelze als Ausgangsmaterialschmelze zum Ziehen des Halbleitereinkristalls verwendet, unter Verwendung des normalen CZ-Wachstumsverfahrens. Statt den Vorgang mit den CCZ-Wachstumsverfahren zu beenden, bei welchem eine große Menge an Restschmelze übrig bleibt, wird daher der Vorgang mit dem normalen CZ-Wachstumsverfahren beendet, welches nur wenig Restschmelze übrigläßt, so daß die endgültige Restschmelze klein ist, die bei Beendigung des Ziehvorgangs übrig bleibt.
Hierbei wird ein Zwischenübergangsschritt zwischen dem ersten und dem zweiten Schritt vorgesehen, bei welchem die Menge an geliefertem Ausgangsmaterial um ein vorbestimmtes Verhältnis so lange verringert wird, bis sie schließlich den Wert Null erreicht.
Gemäß einem weiteren Beispiel verwendet das Verfahren zum Ziehen eines Halbleitereinkristalls unter Verwendung des CZ- Wachstumsverfahrens einen ersten Schritt, bei welchem ein Halbleitereinkristall gezogen wird, während Ausgangsmaterial ständig zugeführt wird, um eine konstante Menge an Halbleiterschmelze aufrechtzuerhalten, sowie einen dritten Schritt zum Ziehen des Halbleitereinkristalls, der von dem ersten Schritt an andauert, wobei die Menge an Ausgangsmaterial, die zugeführt wird, allmählich verringert wird, um bei Fertigstellung des Ziehvorgangs einen Abschnitt mit festgelegtem Durchmesser eines Halbleitereinkristalls zu erzielen.
Selbstverständlich erfordert dieses Verfahren die Fertigstellung eines Ziehbeginnübergangsschrittes vor dem ersten Schritt, und einen Ziehbeendigungsübergangsschritt nach dem dritten Schritt.
Bei diesem Verfahren wird zuerst ein Halbleitereinkristall mit ständiger Zufuhr an Ausgangsmaterial gezogen, unter Verwendung des CCZ-Wachstumsverfahrens. Dann wird das Ziehen des Halbleitereinkristalls unter Verwendung des CCZ-Wachstumsverfahrens fortgesetzt, während die Menge an zugeführtem Ausgangsmaterial allmählich verringert wird. Durch allmähliches Verringern der Menge an zugeführtem Ausgangsmaterial wird die Menge an Restschmelze zum Zeitpunkt der Beendigung des Ziehvorgangs verringert, und darüber hinaus werden durch Verringerung der Menge an zugeführtem Dotiermittel, proportional zur Verringerung der Menge an zugeführtem Ausgangsmaterial, Schwankungen der Verunreinigungskonzentration kompensiert, die durch Faktoren wie beispielsweise Trennung hervorgerufen werden, und auf diese Weise kann die Verunreinigungskonzentration auf einem konstanten Pegel gehalten werden, was die Qualität des Erzeugnisses stabilisiert.
Bei dem dritten Schritt und bei dem Zwischenübergangsschritt, die voranstehend beschrieben wurden, wird die Höhe der Schmelzoberfläche auf einem konstanten Niveau gehalten. Bei dem ersten und dem zweiten Schritt vorzugsweise auch.
Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:
1A und 1B Diagramme des Musters für die Zufuhr von Ausgangsmaterial in Abhängigkeit von der Zeit, bei den Einkristallwachstumsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei 1A ein Ausgangsmaterialzufuhrmuster für eine erste Ausführungsform und 1B ein Ausgangsmaterialzufuhrmuster für eine zweite Ausführungsform zeigt;
2 eine Schnittansicht eines Beispiels für eine Einkristall-Ziehvorrichtung;
3 eine schematische Darstellung eines Halbleitereinkristalls, der bei einem Versuchsbeispiel gemäß der ersten Ausführungsform des Einkristallwachstumsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung gezogen wurde;
4 eine schematische Darstellung eines Halbleitereinkristalls, der unter Verwendung eines konventionellen Einkristall-Ziehverfahrens gezogen wurde; und
5 eine schematische Darstellung eines Halbleitereinkristalls, der unter Verwendung eines anderen konventionellen Einkristall-Ziehverfahrens gezogen wurde.
(Erste Ausführungsform)
1A zeigt ein Ausgangsmaterialzufuhrmuster für eine erste Ausführungsform eines Einkristallwachstumsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei die Vertikalachse die Menge an zugeführtem Ausgangsmaterial pro festem Zeitintervall darstellt (synonym zur Ausgangsmaterialzufuhrrate), und auf der Horizontalachse die Zeit aufgetragen ist.
Die erste Ausführungsform des Einkristallwachstumsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet eine Einkristall-Ziehvorrichtung wie jene, die in 2 dargestellt ist, und gestattet die Herstellung eines Halbleitereinkristalls 30 wie in 3 gezeigt.
Der Halbleitereinkristall 30 weist einen Abschnitt A auf, der über ein CMCZ-Wachstumsverfahren hergestellt wird, eine Abänderung des CCZ-Wachstumsverfahrens, einen Abschnitt B, der mit dem normalen CZ-Wachstumsverfahren erzeugt wird, und zwei Endabschnitte C.
Als erstes Beispiel wird nunmehr das Wachstum eines Siliziumhalbleitereinkristalls unter Verwendung des Einkristallwachstumsverfahrens gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben, unter Bezugnahme auf 2.
(Anfangs-Ausgangsmaterialschmelzschritt)
Zuerst wird eine vorbestimmte Menge an polykristallinem Ausgangsmaterial, beispielsweise Polysiliziumklumpen, im Inneren eines äußeren Schmelztiegels 11 angebracht, und wird eine Kammer 2 unter Verwendung einer Vakuumpumpe oder dergleichen evakuiert, um ein Vakuum zu erzeugen. Dann wird in die Kammer 2 ein Inertgas wie beispielsweise Argon (Ar) eingelassen, und wird eine Heizvorrichtung 4 in Gang gesetzt, während ein äußerer Schmelztiegel 11 mit einer vorbestimmten Winkelgeschwindigkeit dadurch gedreht wird, daß eine Welle 14 in der Horizontalebene um ihre Achse mit der vorbestimmten Winkelgeschwindigkeit gedreht wird, und wird das polykristalline Ausgangsmaterial im Inneren des äußeren Schmelztiegels 11 auf eine Temperatur erwärmt, welche die Einkristallwachstumstemperatur überschreitet, damit das Ausgangsmaterial vollständig geschmolzen wird, wodurch die Anfangs-Halbleiterschmelze erzeugt wird (nicht in der Figur gezeigt).
(Doppelschmelztiegelherstellungsschritt)
Nachdem das Ausgangsmaterial vollständig geschmolzen ist, wird die von der Heizvorrichtung 4 erzeugte Wärme geringfügig verringert, und wird ein innerer Schmelztiegel 12 in die Halbleiterschmelze 21 abgesenkt und konzentrisch auf dem äußeren Schmelztiegel 11 angebracht, wodurch ein Doppelschmelztiegel 3 ausgebildet wird.
(Erster Schritt bei dem Einkristallwachstumsvorgang (mit dem CMCZ-Wachstumsverfahren)) (0 < t < t1)
Nach der Ausbildung des Doppelschmelztiegels 3 wird elektrischer Strom durch einen Magneten 6 hindurchgeleitet, wodurch ein Magnetfeld vorbestimmter Stärke angelegt wird, die elektrische Energie für die Heizvorrichtung 4 wird so eingestellt, daß die Oberflächentemperatur in der Nähe des mittleren Bereiches 23 der Halbleiterschmelze 21 auf der Einkristallwachstumstemperatur gehalten wird, und nachdem ein Impfkristall 25, der von einer Ziehwelle 24 herunterhängt, in Berührung mit der Halbleiterschmelze 21 gelangt ist, wächst ein Halbleitereinkristall um den Impfkristall 25 herum auf. Nach der Vorbereitung eines Impfkristalls, welcher keine Versetzungen hat, wird der Durchmesser des Einkristalls allmählich erhöht, so daß ein Halbleitereinkristall 26 mit festgelegtem Durchmesser hergestellt wird.
Bei diesem Einkristallwachstumsvorgang wird körnchenförmiges Siliziumausgangsmaterial 22 ständig mit konstanter Zufuhrrate zugeführt, welcher proportional zur Wachstumsrate (Ziehrate) des Halbleitereinkristalls 26 ist, wie in 1A gezeigt, und werden Dotiermittel entweder ständig oder intermittierend je nach Erfordernis zugegeben. Das zusätzliche Ausgangsmaterial 22 und das Dotiermittel schmelzen im Bereich zwischen dem äußeren Schmelztiegel 11 und dem inneren Schmelztiegel 12 (dem Ausgangsmaterialschmelzbereich), und gelangen durch Verbindungsöffnungen 13 hindurch, so daß sie ständig der Innenseite des inneren Schmelztiegels 12 zugeführt werden.
(Zwischenübergangsschritt beim Einkristallwachstumsvorgang (mit CMCZ-Wachstumsverfahren)) (t1 < t < t2)
Nach der Erzeugung eines Halbleitereinkristalls 26 mit festgelegter Länge wird die Menge an zugeliefertem Ausgangsmaterial 22 über ein kleines Zeitintervall (t1 < t < t2) wie in 1A auf Null verringert. Während dieses Schritts wird der Doppelschmelztiegel 3 mit einer Rate angehoben, die proportional zur Verringerungsrate der Menge an Ausgangsmaterial 22 ist, welches zugeführt wird, so daß das Oberflächenniveau 23 der Halbleiterschmelze 21 auf einem konstanten Niveau gehalten wird. Hierbei wird die Positionsbeziehung der Heizvorrichtung 4 in Bezug auf die Schmelzoberfläche auf einem konstanten Niveau gehalten, und so werden auch die Temperaturbedingungen der Halbleiterschmelze an der Schmelzoberfläche konstant aufrechterhalten.
(Zweiter Schritt beim Einkristallwachstumsvorgang) (normales CZ-Wachstumsverfahren)) (t2 < t < t3)
Daraufhin wird, wie in 1A gezeigt, bei unterbrochener Zufuhr des Ausgangsmaterials 22, der Schritt durchgeführt, daß der Halbleitereinkristall 26 aus der Restschmelze gezogen wird, die durch den Zwischenübergangsschritt erzeugt wird. Während dieses Schritts wird vorzugsweise der Doppelschmelztiegel 3 so angehoben, daß das Oberflächenniveau 23 der Halbleiterschmelze 21 auf konstantem Niveau gehalten wird. Hierbei wird die Positionsbeziehung der Heizvorrichtung 4 in Bezug auf die Schmelzoberfläche auf einem konstantem Niveau gehalten, und so wird auch der Temperaturzustand der Halbleiterschmelze an der Schmelzoberfläche konstant gehalten.
Unter Verwendung der voranstehend geschilderten Schritte kann ein Halbleitereinkristall 30 (in 3 gezeigt) aufwachsen.
Bei dem voranstehend geschilderten Einkristallwachstumsverfahren wird, anstatt den Vorgang mit dem CCZ-Wachstumsverfahren zu beenden, bei welchem ein großes Volumen an Restschmelze übrigbleibt, der Vorgang mit dem normalen CZ-Wachstumsverfahren beendet, welches wenig Restschmelze übrigläßt, und so kann das Volumen der Restschmelze bei Beendigung des Ziehvorgangs verringert werden, und die Nutzungsrate des Ausgangsmaterials 22 erhöht werden, was den Produktionswirkungsgrad verbessert.
(Zweite Ausführungsform)
Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der voranstehend geschilderten ersten Ausführungsform nur bezüglich des Ausgangsmaterialzufuhrmusters, wobei alle anderen Faktoren gleich sind.
Bei der vorliegenden Ausführungsform folgt die Zufuhr des Ausgangsmaterials 22 dem in 1B dargestellten Ausgangsmaterialzufuhrmuster.
Nachstehend erfolgt eine Beschreibung des Einkristallwachstumsverfahrens bei dieser Ausführungsform, jedoch sind der anfängliche Ausgangsmaterialschmelzschritt, der Doppelschmelztiegelherstellungsschritt, und der erste Schritt in dem Einkristallwachstumsvorgang (mit dem CMCZ-Wachstumsverfahren (0 < t < t1) ebenso wie voranstehend beschrieben, und daher erfolgt hier insoweit keine erneute Beschreibung.
(Dritter Schritt beim Einkristallwachstumsvorgang (mit dem CMCZ-Wachstumsverfahren)) (t1 < t < t3)
Nach der Erzeugung eines Halbleitereinkristalls 26 mit bestimmter Länge wird die Menge des zugeführten Ausgangsmaterials 22 allmählich verringert, und zwar bei der vorliegenden Ausführungsform proportional zur abgelaufenen Zeit verringert, wie in 1B gezeigt ist, so daß die zugeführte Menge den Wert 0 zu dem Zeitpunkt erreicht, an welchem ein Einkristall mit vorbestimmten Durchmesser erzeugt wurde. Während dieses Schritts wird die Menge an zugeführtem Dotiermittel proportional zur Verringerung der zugeführten Menge an Ausgangsmaterial verringert, wodurch jede Änderung des Ausmaßes der Trennung infolge der Verringerung des Halbleiterschmelzenvolumens berücksichtigt werden kann, und jegliche Schwankungen der Konzentration an Verunreinigungen kompensiert werden können.
Auch bei diesem Schritt wird beim Ziehen der Doppelschmelztiegel 3 angehoben, so daß das Oberflächenniveau 23 der Halbleiterschmelze 21 auf konstantem Niveau gehalten wird. Hierbei wird die Positionsbeziehung der Heizvorrichtung 4 zur Schmelzoberfläche auf konstantem Niveau gehalten, wodurch die Temperaturbedingungen der Halbleiterschmelze an der Schmelzoberfläche ebenfalls konstant gehalten werden können.
Unter Verwendung der voranstehend geschilderten Schritte kann ein Halbleiterkristall wachsen.
Bei der vorliegenden Ausführungsform kann das Volumen der Restschmelze, welches bei Beendigung des Ziehvorgangs übrigbleibt, dadurch verringert werden, daß ein Halbleitereinkristall unter Verwendung des CMCZ-Wachstumsverfahrens gezogen wird, wobei die Menge an Ausgangsmaterial 22, die zugeführt wird, allmählich verringert wird. Durch Verringerung der Menge an zugeführtem Dotiermittel proportional zur Verringerung der zugeführten Menge an Ausgangsmaterial 22 können Schwankungen der Konzentration an Verunreinigungen kompensiert werden, die durch Faktoren wie beispielsweise Trennung hervorgerufen werden, so daß die Verunreinigungskonzentration auf konstantem Niveau gehalten werden kann, was die Stabilisierung der Qualität des Halbleitereinkristalls ermöglicht.
Als nächstes erfolgt eine Beschreibung eines Versuchsbeispiels auf der Grundlage der voranstehend geschilderten Ausführungsform sowie einiger Vergleichsbeispiele.
(Versuchsbeispiel auf der Grundlage der ersten Ausführungsform)
Unter Verwendung eines Einkristallwachstumsverfahrens auf der Grundlage der voranstehend geschilderten ersten Ausführungsform erhielt man einen Halbleitereinkristall 30 wie jenen, der in 3 gezeigt ist. Bei diesem Versuch lagen vollständige Gewichte der verschiedenen Anteile vor.
”Gesamtgewicht des Ausgangsmaterials Wt”

Gewicht der ursprünglichen Schmelze: 65 kg
Gewicht des Ausgangsmaterials, welches von dem Ausgangsmaterialzufuhrgerät 5 im ersten Schritt geliefert wird: 65 kg
Daher Wt = 130 kg

”Effektives Produktgewicht W1”

Anteil A, der bei den CMCZ-Wachstumsverfahren gewachsen ist: 65 kg
Anteil B, der bei dem normalen CZ-Wachstumsverfahren gewachsen ist: 35 kg
Daher W1 = 100 kg

”Nicht verfügbares Gewicht W2”

Die Endabschnitte C, die aus dem oberen Ende (dem Abschnitt, der während des Ziehbeginnübergangsschritts erhalten wird) und dem unteren Ende bestehen (dem Abschnitt, der während des Ziehbeendigungsübergangsschritts erhalten wird): jeweils 5 kg, insgesamt 10 kg
Restschmelze 31 (in 3 gezeigt): 20 kg
Daher W2 = 30 kg
Daher beträgt die Halbleiterausgangsmaterialnutzungsrate W1/Wt = annähernd 77%, also annähernd vier Fünftel.

(Vergleichsbeispiel 1)
Statt des voranstehend geschilderten Einkristallwachstumsverfahrens wurde das Ziehen des Kristalls nur unter Einsatz des CMCZ-Wachstumsverfahrens durchgeführt, und wurde ein Halbleitereinkristall 40 erhalten, wie er in 4 gezeigt ist. Bei diesem Versuch lagen folgende Gewichte der verschiedenen Abschnitte vor.
”Gesamtgewicht an Ausgangsmaterial Wt”

Gewicht der Anfangsschmelze: 65 kg
Gewicht des Ausgangsmaterials, welches von dem Ausgangsmaterialzufuhrgerät 5 im ersten Schritt zugeführt wird: 100 kg
Daher Wt = 165 kg

”Effektives Produktgewicht W1”

Abschnitt A', der unter Verwendung des CMCZ-Wachstumsverfahrens gewachsen ist: 100 kg
Daher W1 = 100 kg

”Nicht verfügbares Gewicht W2”

Endabschnitte C': 5 kg jeweils für das obere Ende und das untere Ende, insgesamt 10 kg
Restschmelze 41 (in 4 gezeigt): 55 kg
Daher W2 = 65 kg
Daher beträgt die Halbleiterausgangsmaterialnutzungsrate W1/Wt = annähernd 61%, oder etwa drei Fünftel.

Der Vergleich mit dem voranstehend geschilderten Versuchsbeispiel zeigt deutlich, daß das Volumen der Restschmelze 41 groß ist, und die Halbleiterausgangsmaterialnutzungsrate gering.
(Vergleichsbeispiel 2)
Anders als bei beiden voranstehend geschilderten Einkristallwachstumsverfahren wurde das Ziehen des Einkristalls nur unter Verwendung des normalen CZ-Wachstumsverfahrens durchgeführt, wobei ein Halbleitereinkristall 50 erhalten wurde, wie er in 5 gezeigt ist. Bei diesem Versuch lagen folgende Gewichte der verschiedenen Abschnitte vor.
”Gesamtgewicht an Ausgangsmaterial Wt”

Gewicht der Anfangsschmelze: 65 kg
Daher Wt = 165 kg

”Effektives Produktgewicht W1”

Abschnitt B', der unter Verwendung des normalen CZ-Wachstumsverfahrens gewachsen ist: 35 kg
Daher W1 = 35 kg

”Nicht verfügbares Gewicht W2”

Endabschnitte C'': jeweils 5 kg für das obere Ende und das untere Ende, insgesamt 10 kg
Restschmelze 51 (in 5 gezeigt): 20 kg
Daher W2 = 30 kg
Daher beträgt die Halbleiterausgangsmaterialnutzungsrate W1/Wt = annähernd 54%.

Ein Vergleich mit dem voranstehend geschilderten Versuchsbeispiel zeigt deutlich, daß die Halbleiterausgangsmaterialnutzungsrate niedrig ist.
Im Falle dieses zweiten Vergleichsbeispiels ist es durch Erhöhung des Gewichts der Anfangsschmelze auf 130 kg möglich, einer Halbleiterausgangsmaterialnutzungsrate ähnlich jener des Versuchsbeispiels zu erhalten, jedoch wäre es hierfür erforderlich, einen Quarzschmelztiegel mit großem Durchmesser und sehr großer Tiefe zu verwenden, was zu derartigen Schwierigkeiten führt wie erhöhten Kosten für die Bauteile, die für den Wachstumsvorgang erforderlich sind, sowie großen Änderungen der Konzentrationen an Sauerstoff und Verunreinigungen in der Ziehrichtung.
Das Einkristallwachstumsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung stellt folgende Auswirkungen bzw. Vorteile zur Verfügung.
Bei einer der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird, statt den Einkristallziehvorgang mit dem CCZ-Wachstumsverfahren zu beenden, wobei ein großes Volumen an Restschmelze übrigbleibt, der Vorgang mit dem normalen CZ-Wachstumsverfahren beendet, welches wenig Restschmelze übrigläßt, so daß die endgültige Restschmelze verringert werden kann, die bei Beendigung des Ziehvorgangs übrigbleibt, und die Nutzungsrate des Ausgangsmaterials erhöht werden kann, was den Produktionswirkungsgrad verbessert.
Bei der anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Volumen an Restschmelze, welches bei Beendigung des Ziehvorgangs übrigbleibt, dadurch verringert werden, daß ein Halbleitereinkristall unter Verwendung des CCZ-Wachstumsverfahrens gezogen wird, bei welchem die Menge an Ausgangsmaterial, die zugeführt wird, allmählich verringert wird. Durch Verringerung der Menge an Dotiermittel, welches zugeführt wird, proportional zur Verringerung der zugeführten Menge an Ausgangsmaterial, können Schwankungen der Konzentration von Verunreinigungen kompensiert werden, die durch Faktoren wie etwa Trennung hervorgerufen werden, so daß die Verunreinigungskonzentration auf konstantem Niveau gehalten werden kann, was eine Stabilisierung der Qualität des Halbleitereinkristalls ermöglicht.
Bei den voranstehenden Ausführungsformen kann unter Einsatz von Vorgehensweisen, welche es gestatten, daß die Höhe der Schmelzoberfläche auf konstanter Höhe während des Einkristallziehvorgangs gehalten wird, die Positionsbeziehung der Heizvorrichtung in Bezug auf die Schmelzoberfläche auf konstantem Niveau gehalten werden, so daß die Temperaturbedingungen der Halbleiterschmelze an der Schmelzoberfläche ebenfalls konstant gehalten werden, was die Stabilisierung der Qualität des Halbleitereinkristalls ermöglicht.

Claims

Verfahren zum Wachsenlassen eines Halbleitereinkristalls unter Verwendung eines CZ-Wachstumsverfahrens mit angelegtem magnetischem Feld, mit einem ersten Schritt, bei welchem ein Halbleitereinkristall aus einem Schmelztiegel gezogen wird, während Ausgangsmaterial dem Schmelztiegel kontinuierlich zugeführt wird, um eine konstante Menge der Halbleiterschmelze aufrechtzuerhalten, wobei ein magnetisches Feld vorgegebener Stärke an die Halbleiterschmelze angelegt wird, einem Zwischenübergangsschritt, in welchem die Menge an zugeführtem Ausgangsmaterial mit einer vorbestimmten Rate verringert wird, bis die Menge an zugeführtem Ausgangsmaterial null erreicht, und der Schmelztiegel proportional zur Verringerungsrate der Menge an Ausgangsmaterial angehoben wird, so dass ein Oberflächenniveau der Halbleiterschmelze im Zwischenübergangsschritt auf einem konstanten Niveau gehalten wird, und einem zweiten Schritt, bei welchem der Halbleitereinkristall unter Verwendung der Restschmelze aus gezogen wird.
Verfahren zum Aufwachsenlassen eines Halbleitereinkristalls nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem zweiten Schritt das Oberflächenniveau der Schmelze auf konstantem Niveau gehalten wird.
Verfahren zum Aufwachsenlassen eines Halbleitereinkristalls unter Verwendung eines CZ-Wachstumsverfahrens mit angelegtem magnetischem Feld, mit einem ersten Schritt, bei welchem ein Halbleitereinkristall aus einem Schmelztiegel gezogen wird, während Ausgangsmaterial dem Schmelztiegel kontinuierlich zugeführt wird, um eine konstante Menge der Halbleiterschmelze aufrechtzuerhalten, wobei ein magnetisches Feld vorgegebener Stärke an die Halbleiterschmelze angelegt wird, und einem dritten Schritt, bei welchem der Halbleitereinkristall gezogen wird, wobei die Menge an zugeführtem Ausgangsmaterial allmählich verringert wird, der dritte Schritt von der Beendigung des ersten Schritts bis zu dem Zeitpunkt durchgeführt wird, bis ein Abschnitt mit festgelegtem Durchmesser des Halbleitereinkristalls gezogen wurde, ein Oberflächenniveau der Schmelze im dritten Schritt auf einem konstanten Niveau gehalten wird und eine zur Schmelze hinzugefügte Menge an Dotiermittel proportional zur Verringerung der Menge des Ausgangsmaterials verringert wird.