DE69508473T2 - Verfahren zur Herstellung von Silizium-Einkristall und Tiegel aus geschmolzenem Silika dafür - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Silizium-Einkristall und Tiegel aus geschmolzenem Silika dafür

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DE69508473T2
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Description

    HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbesserung bei dem Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter-Siliciumeinkristalls oder insbesondere eines N-Typ-Halbleiter-Siliciumeinkristalls durch das Czochralski-Verfahren und einen dafür verwendeten Quarzglastiegel.
  • Wie gut bekannt ist, werden Halbleiter-Siliciumeinkristalle hauptsächlich durch das sogenannte Czochralski-Verfahren oder Ziehverfahren hergestellt, wobei ein Siliciumeinkristall, der am unteren Ende eines Impfkristalls wächst, aus einer Schmelze aus hochreinem Silicium, die durch Schmelzen von polykristallinem Silicium in einem Tiegel aus Quarzglas gebildet wird, nach oben gezogen wird. Eines der Probleme bei dem durch dieses Kristallzuchtverfahren hergestellten Siliciumeinkristall ist, daß darin manchmal sogenannte "oxidationsinduzierte Stapelfehler", die nachfolgend als OSF bezeichnet werden, gefunden werden. Diese OSFs wirken sich sehr nachteilig auf das nachfolgende Verfahren zu Herstellung integrierter Schaltkreiselemente und dergleichen aus Wafern des Siliciumeinkristalls aus, wodurch es zu einer starken Abnahme der Ausbeute an annehmbaren Produkten aus integrierten Schaltkreisen und dergleichen kommt, so daß es dringend erwünscht ist, ein Verfahren zu entwickeln, durch das Siliciumeinkristalle gezüchtet werden können, in denen absolut keine OSFs vorkommen.
  • Als Versuch, eine bedeutende Verringerung der OSF-Dichte zu erreichen, sind in den vergangenen Jahren Vorschläge gemacht worden, daß polykristallines Silicium mit einer noch höheren Reinheit als bislang sowie Materialien zum Bau des Ziehofens mit einer extrem hohen Reinheit verwendet werden, daß die Kristallzuchtbedingungen verbessert werden, und daß ein Quarzglastiegel mit der höchsten verfügbaren Reinheit verwendet wird.
  • In Zusammenhang mit dem oben beschriebenen Problem, das durch das Auftreten von OSFs entsteht, ist der Fachmann bei einem N-Typ-Siliciumeinkristall, der ein mit einem Dotiermittel aus den Elementen der 5. Hauptgruppe des Periodensystems, wie z. B. Phosphor, Antimon, Arsen und dergleichen, dotiertes Halbleiter- Silicium ist, auf ein interessantes Phänomen aufmerksam geworden, daß, wenn ein Siliciumeinkristall, der bei der Inspektion unmittelbar nach Beendigung der Kristallzucht absolut frei von OSFs ist, als solcher, z. B. in Form eines Einkristallstabs, eine bestimmte Zeit lang stehen gelassen wird, z. B. ein Monat oder länger bei Raumtemperatur, bei einer nachfolgenden Inspektion manchmal eine große Anzahl von OSFs gefunden werden. Dieses Phänomen wird nachfolgend als verzögerter OSF bezeichnet. Obwohl der Mechanismus dieses Phänomens der verzögerten OSFs nicht genau bekannt ist, wird vermutet, daß die Verunreinigungen, die in dem Ausgangs-Einkristallstab in sehr geringen Spurenmengen vorhanden sind, während der Lagerung bei Raumtemperatur eine Diffusion durch den Einkristallstab bewirken, durch die Aggregate gebildet werden, die als Keime für das Auftreten von OSFs dienen. Als Folge des vermuteten Mechanismus sind von den Erfindern in dem Japanischen Patent Kokai 5-58800 Vorschläge zur Verhinderung des Phänomens der verzögerten OSFs gemacht worden, wonach die Einkristallstäbe bei einer Temperatur gelagert werden, die so niedrig wie möglich ist, um die Diffusion von Verunreinigungen zu verlangsamen, oder die Einkristallstäbe so früh wie möglich zu Wafern geschnitten werden, um die Diffusion zu blockieren.
  • Die oben vorgeschlagenen Verfahren sind jedoch nicht mehr als ein Verfahren zur Verhinderung oder Verlangsamung der verzögerten OSFs in einem Siliciumeinkristall, welches die innewohnende Eigenschaft besitzt, daß früher oder später OSFs auftreten, so daß keine grundlegende Lösung für das Problem geschaffen wird, geschweige denn für die unvermeidlichen sekundären Probleme, daß die Lagerung der Siliciumeinkristallstäbe bei niedriger Temperatur ein sehr teurer Weg ist, der die Herstellungskosten bedeutend erhöht, und das frühe Schneiden der Einkristallstäbe zu Wafern von großen Schwierigkeiten bei der Produktionsplanung und Lagerung der geschnittenen Wafer begleitet wird. Deshalb kann eine vollständige Lösung des OSF-Problems nur durch Bereitstellen eines Verfahrens zur Herstellung eines Siliciumeinkristalls erhalten werden, bei dem nicht nur keine OSFs unmittelbar nach der Einkristallzucht, sondern auch keine verzögerten OSFs selbst nach einer längeren Lagerung der Einkristallstäbe, so wie sie gezüchtet wurden, bei Raumtemperatur auftreten.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung hat demnach zum Ziel, angesichts der oben beschriebenen Probleme im Stand der Technik ein Mittel zur Herstellung eines Halbleiter-Siliciumeinkristalls, insbesondere des N-Typs, zur Verfügung zu stellen, bei dem nicht nur keine OSFs unmittelbar nach der Einkristallzucht, sondern auch keine verzögerten OSFs selbst nach einer längeren Lagerung der Einkristallstäbe, so wie sie gezüchtet wurden, bei Raumtemperatur auftreten. Erfindungsgemäß kann dieses Erfindungsziel erreicht werden durch die Steuerung des Verteilungsprofils spezieller Verunreinigungen innerhalb der Wände des Quarzglastiegels, in dem polykristallines Silicium geschmolzen wird, um eine Schmelze zu bilden, aus der ein Siliciumeinkristall durch das Czochralski- Verfahren gezogen wird.
  • Somit stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter-Siliciumeinkristalls durch das Czochralski-Verfahren zur Verfügung, bei dem ein Siliciumeinkristallstab am unteren Ende eines Impfkristalls aus einer durch Schmelzen von polykristallinem Silicium in einem Quarzglastiegel hergestellten Siliciumschmelze nach oben gezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß es den Schritt des Verwendens eines Quarzglastiegels umfaßt, welcher in der Richtung der Tiegelwandstärke derartige Verteilungsprofile von Aluminium und Kupfer als Verunreinigungen hat, daß die durchschnittliche Konzentration von Aluminium in der Oberflächenschicht, die, von der Tiegelinnenfläche ab, eine Dicke von 30 um hat, im Bereich von 40 bis 500 Gew.-ppm liegt und innerhalb der Schicht, die an die Oberflächenschicht angrenzt, in einer Tiefe von 30 um bis 1 mm von der Tiegelinnenfläche 40 Gew.-ppm nicht übersteigt, und daß die durchschnittliche Konzentration von Kupfer innerhalb der Schicht von der Innenfläche bis zur Außenfläche des Tiegels 0,5 Gew.-ppb nicht übersteigt.
  • Gemäß eines weiteren Ziels schlägt die Erfindung einen Quarzglastiegel zur Herstellung eines Halbleiter-Siliciumeinkristalls durch das Czochralski-Verfahren vor, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Siliciumeinkristallstab am unteren Ende eines Impfkristalls aus einer durch Schmelzen von polykristallinem Silicium in dem Quarzglastiegel hergestellten Siliciumschmelze nach oben gezogen wird, wobei die Verteilungsprofile von Aluminium und Kupfer als Verunreinigungen in der Richtung der Tiegelwandstärke derart sind, daß die durchschnittliche Konzentration von Aluminium in der Oberflächenschicht, die, von der Tiegelinnenfläche ab, eine Dicke von 30 um hat, im Bereich von 40 bis 500 Gew.-ppm liegt und innerhalb der Schicht, die an die Oberflächenschicht angrenzt, in einer Tiefe von 30 um bis 1 mm von der Tiegelinnenfläche 40 Gew.-ppm nicht übersteigt, und daß die Konzentration von Kupfer innerhalb der Schicht von der Innenfläche bis zur Außenfläche des Tiegels 0,5 Gew.-ppb nicht übersteigt.
  • Gemäß eines weiteren Aspekts betrifft die genannte Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter-Siliciumeinkristalls durch das Czochralski-Verfahren, bei dem ein Siliciumeinkristallstab am unteren Ende eines Impfkristalls aus einer durch Schmelzen von polykristallinem Silicium in einem Quarzglastiegel hergestellten Siliciumschmelze nach oben gezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß es umfaßt den Schritt des Verwendens eines Quarzglastiegels, der Aluminium bzw. Kupfer als Verunreinigungen in Konzentrationen von weniger als 40 Gew.-ppm bzw. nicht mehr als 0,5 Gew.-ppb enthält, und die Zugabe von Aluminium als ein Dotiermittel zu der Siliciumschmelze in dem Tiegel in einer derartigen Menge, daß sie der Menge entspricht, die in die Schmel ze eingetragen werden könnte, wenn davon ausgegangen wird, daß das Verteilungsprofil von Aluminium in dem Quarzglastiegel den obengenannten Anforderungen entspricht.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • Fig. 1 ist ein Korrelationsdiagramm, welches das Verhältnis zwischen der durchschnittlichen Kupferkonzentration in Quarzglastiegeln und der OSF-Dichte in einem daraus gezüchteten Siliciumeinkristall nach 4wöchiger Lagerung zeigt.
  • Fig. 2 ist ein Korrelationsdiagramm, welches das Verhältnis zwischen der durchschnittlichen Aluminiumkonzentration in der Innenflächenschicht von Quarzglastiegeln und der OSF-Dichte in einem daraus gezüchteten Siliciumeinkristall nach 4wöchiger Lagerung zeigt.
  • Fig. 3 ist ein Korrelationsdiagramm, welches das Verhältnis zwischen der durchschnittlichen Kupferkonzentration und der durchschnittlichen Aluminium-Oberflächenkonzentration in Quarzglastiegeln, gruppiert nach Fehlen und Auftreten von OSFs, in Siliciumeinkristallen mit oder ohne OSFs, die aus dem Tiegel gezogen und 4 Wochen lang gelagert wurden, zeigt.
  • Fig. 4 ist eine schematische Abbildung der vier Blöcke 1 bis 4, die durch Teilen eines Siliciumeinkristalls für den OSF- Test erzeugt wurden.
  • Fig. 5 ist ein Diagramm, welches das Auftreten von verzögerten OSFs in den in den Vergleichsbeispielen 1 und 2 hergestellten Siliciumeinkristallen als eine Funktion der Lagerungszeit der Blöcke zeigt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Mit dem Ziel, eine Lösung für die oben beschriebenen Probleme zur Verfügung zu stellen, haben die Erfinder ihre Aufmerksamkeit zuerst auf die Quellen gerichtet, aus denen die metallischen Verunreinigungen, die in die durch das Czochralski-Verfahren gezüchteten Siliciumeinkristalle eingetragen werden, hervorgehen. Während bisher umfangreiche Untersuchungen angestellt worden sind nach verschiedenen möglichen Quellen, aus denen die metallischen Verunreinigungen hervorgehen, um die extrem hohe Reinheit nicht nur bei dem polykristallinen Silicium als das Ausgangsmaterial, sondern auch bei den Materialien, aus denen der Czochralski-Ofen hergestellt ist, zu erreichen, gelangte man in den vergangenen Jahren zu der Auffassung, daß als eine Haupt-Verunreinigungsquelle die Verunreinigungen untersucht werden sollten, die in dem bei dem Czochralski-Verfahren verwendeten Quarzglastiegel enthalten sind, selbst wenn deren Konzentration sehr niedrig ist, da die Innenflächenschicht des Tiegels mehr oder weniger in die Siliciumschmelze miteingeschmolzen wird. Als Folge der detaillierten Untersuchungen der Beziehung zwischen den Verunreinigungsgehalten in dem Quarzglastiegel und dem Auftreten der verzögerten OSFs in einem unter Verwendung des Tiegels gezüchteten Siliciumeinkristall wurden die folgenden Kriterien gefunden, daß:
  • 1) eine positive Korrelation zwischen der durchschnittlichen Kupferkonzentration in dem Tiegel und dem Auftreten von OSFs in dem daraus gezüchteten Siliciumeinkristall gefunden wird, so daß die durchschnittliche Kupferkonzentration in dem Tiegel 0,5 Gew.- ppb oder weniger betragen muß;
  • 2) Aluminium als ein zur Unterdrückung von OSFs unentbehrlicher Bestandteil in der Siliciumschmelze wirkt, so daß die Voraussetzung, daß eine bestimmte Menge Aluminium in dem Tiegel als ganzes enthalten ist, nicht ausreicht, sondern eine bestimmte Menge Aluminium während eines frühen Stadiums des Einkristallzuchtverfahrens durch das Czochralski-Verfahren in die Siliciumschmelze miteingeschmolzen werden muß; und
  • 3) recht zufriedenstellende Ergebnisse nur durch eine synergistische Wirkung dieser Bedingungen für die Kupfer- und Aluminiumgehalte erhalten werden können.
  • Was die Einflüsse der Verunreinigungselemente, die anders als Kupfer und Aluminium sind, betrifft, ist, sofern diese untersucht wurden, keine Korrelation zwischen dem Gehalt eines jeden Elements und dem Auftreten von verzögerten OSFs gefunden worden, vorausgesetzt, daß die Konzentration des Verunreinigungselements in dem Tiegel 1 Gew.-ppm nicht übersteigt, wie es bei den meisten derzeit in der Praxis verwendeten Quarzglastiegeln der Fall ist.
  • Die oben beschriebenen Erkenntnisse haben die Erfinder zur Schaffung der vorliegenden Erfindung bewogen, deren grundlegender Umfang darin besteht, daß: 1) die durchschnittliche Konzentration von Kupfer als eine Verunreinigung in dem Quarzglastiegel im ganzen so niedrig wie möglich sein muß, und 2) die Konzentration von Aluminium ein derartiges Verteilungsprofil haben muß, daß dessen Konzentration in der Nähe der Innenfläche der Tiegelwände, die während des Einkristallzuchtverfahrens mit der Siliciumschmelze in Kontakt kommen, hoch ist, während die Konzentration von Aluminium anderswo niedrig ist. Die Einzigartigkeit der vorliegenden Erfindung besteht in der Entdeckung, daß ein Quarzglastiegel von absolut hoher Reinheit, zumindest was den Aluminiumgehalt anbelangt, keine Bedingung hinsichtlich des verzögerten OSF ist.
  • Insbesondere ist die Bedingung für das Verteilungsprofil von Aluminium und Kupfer in Richtung der Wandstärke eines Quarzglastiegels, daß die durchschnittliche Aluminiumkonzentration in der Oberflächenschicht, die, von der Tiegelinnenfläche ab, eine Dicke von 30 um hat, im Bereich von 40 bis 500 Gew.-ppm liegt und innerhalb der Schicht, die an die Oberflächenschicht angrenzt, in einer Tiefe von 30 um bis 1 mm von Tiegelinnenfläche 40 Gew.-ppm nicht übersteigt, und daß die durchschnittliche Konzentration von Kupfer innerhalb der Schicht von der Innenfläche bis zur Außenfläche des Tiegels 0,5 Gew.-ppb nicht übersteigt.
  • Als Alternative zur Verwendung des oben angegebenen Quarzglastiegels bei der Herstellung eines Siliciumeinkristalls durch das Czochralski-verfahren schlägt die Erfindung auch ein Verfahren vor, bei dem die Siliciumschmelze, die in einem Quarzglastiegel enthalten ist, dessen Innenfläche eine sehr niedrige Aluminiumkonzentration hat, mit Aluminium in einer derartigen Menge dotiert wird, daß sie der Menge entspricht, die in die Schmelze eingetragen werden könnte, wenn davon ausgegangen wird, daß das Vertei lungsprofil von Aluminium in dem Quarzglastiegel gemäß den oben beschriebenen Bedingungen ist.
  • Wenn dieses alternative Verfahren angewendet wird, kann die Menge an Aluminiumdotiermittel W, die gleich der Menge sein soll, welche aus einem Tiegel, der in der Innenflächenschicht Aluminium enthält, in die Siliciumschmelze miteingeschmolzen wird, die eingebracht wird in die Siliciumschmelze in einem aluminiumarmen Tiegel, bei dem die Aluminiumkonzentration in der Innenflächenschicht niedriger als 40 Gew.-ppm ist, durch Berechnung bestimmt werden, wobei die folgende Gleichung berücksichtigt wird:
  • W = A · t · ρ · C,
  • worin W die Menge an Aluminium ist, die aus einem aluminiumhaltigen Tiegel in die Siliciumschmelze eingebracht wird; A der Bereich der Oberfläche ist, mit der die Siliciumschmelze mit den Tiegelwänden in Kontakt steht; t die Dicke der Schicht ist, die in dem Einkristallzuchtverfahren geschmolzen wird; p die Dichte des Quarzglastiegels ist; und C die durchschnittliche Aluminiumkonzentration in der Tiegelwandschicht ist, die während des Verfahrens in die Schmelze miteingeschmolzen wird. So ist die Menge an zu der Schmelze hinzuzugebendem Aluminiumdotiermittel die Differenz zwischen dem Wert W, wenn C in der obigen Gleichung 40 bis 500 Gew.-ppm ist, und dem Wert W, wenn C die tatsächliche Aluminiumkonzentration in der Innenflächenschicht des Tiegels ist.
  • Im folgenden wird die vorliegende Erfindung detaillierter beschrieben.
  • Es sollte beachtet werden, daß die Verunreinigungsgehalte bei herkömmlichen Quarzglastiegeln, die derzeit beim Czochralski- Verfahren zur Einkristallzucht von Halbleiter-Silicium verwendet werden, für jedes der Verunreinigungselemente derart niedrig sind, daß das Auftreten von OSFs in dem Siliciumeinkristall, zumindest in dem unmittelbar gezüchteten, fast vollständig verhindert werden kann. Zum Beispiel betragen die durchschnittlichen Konzentrationen von Aluminium und Kupfer 12 Gew.-ppm oder weniger bzw. 0,5 Gew.- ppb oder weniger. Dennoch tritt das Phänomen der verzögerten OSFs häufig in den Siliciumeinkristallen auf, die unter Verwendung eines solchen hochreinen Quarzglastiegels gezüchtet worden sind. Im Gegensatz zur allgemein akzeptierten Auffassung, daß der Grund für den verzögerten OSF bei anderen Faktoren als den Verunreinigungsgehalten in dem Quarzglastiegel gesucht werden muß, ist die einzigartige und neue Entdeckung, die zu der vorliegenden Erfindung führt, daß, während der Kupfergehalt in dem Tiegel so niedrig wie möglich sein soll, die durchschnittliche Aluminiumkonzentration in den Tiegelwänden nicht so niedrig wie in den herkömmlichen Quarzglastiegeln sein darf, sondern innerhalb der Oberflächenschicht der Tiegelwände auf einer bestimmten Höhe gehalten werden muß, um das unerwünschte Phänomen der verzögerten OSFs insbesondere in den aus dem Tiegel gezüchteten N-Typ-Siliciumeinkristallen vollständig zu verhindern.
  • Fig. 1 der begleitenden Zeichnung ist ein Korrelationsdiagramm zwischen der durchschnittlichen Kupferkonzentration in Gew.- ppb innerhalb des Quarzglastiegelkörpers und der Dichte der OSFs, die in den unter Verwendung der entsprechenden Tiegel gezüchteten Siliciumeinkristallen nach 4wöchiger Lagerung bei Raumtemperatur gefunden werden. Wie aus diesem Diagramm deutlich wird, findet man eine positive Korrelation zwischen diesen beiden Parametern, so daß die Kupferkonzentration so niedrig wie möglich sein muß, um das Auftreten von verzögerten OSFs zu minimieren, obwohl keine kritische Kupferkonzentration angegeben werden kann, da, selbst wenn die Kupferkonzentration 0,5 Gew.-ppb oder weniger beträgt, das Auftreten von verzögerten OSFs nicht völlig verhindert werden kann.
  • Andererseits ist Fig. 2 ein Korrelationsdiagramm zwischen der durchschnittlichen Aluminiumkonzentration in Gew.-ppm innerhalb der 30 um dicken Innenflächenschicht des Quarzglastiegels und der Dichte der OSFs, die in den unter Verwendung der entsprechenden Tiegel gezüchteten Siliciumeinkristallen nach 4wöchiger Lagerung bei Raumtemperatur gefunden wird. Wie aus diesem Diagramm deutlich wird, findet man eine negative Korrelation zwischen diesen beiden Parametern.
  • Die Versuchsergebnisse, die zu den oben beschriebenen Korrelationsuntersuchungen führten, wurden weiterentwickelt zu der Untersuchung der Korrelation zwischen der Kupferkonzentration in der Masse des Tiegels und der Aluminiumkonzentration in der Innenflächenschicht des Tiegels, wobei das Korrelationsdiagramm erhalten wurde, das in Fig. 3 gezeigt ist, worin die Kurven aus gefüllten und offenen Kreisen den Siliciumeinkristallen entsprechen, bei denen verzögerte OSFs auftraten bzw. nicht auftraten. Dieses Ergebnis führte zu dem Schluß, daß die durchschnittliche Kupferkonzentration in der Masse des Quarzglastiegels 0,5 Gew.-ppb nicht übersteigen darf, wohingegen die Aluminiumkonzentration in der Innenflächenschicht des Tiegels wenigstens 40 Gew.-ppm betragen muß, um das Auftreten des verzögerten OSF in dem aus dem Tiegel gezüchteten Siliciumeinkristall fast vollständig zu verhindern.
  • Der oben gezogene Schluß bedeutet, daß ein N-Typ-Siliciumeinkristall, in dem absolut keine OSFs auftreten, erhalten werden könnte, wenn der Gehalt an Kupferverunreinigung in dem N-Typ- Einkristall aufs äußerste erniedrigt wird, so daß die Diffusion und Aggregation davon in dem Einkristall vermieden wird, wohingegen die Aluminiumkonzentration, die angeblich eine den verzögerten OSF unterdrückende Wirkung hat, in dem Einkristall auf einer bestimmten Höhe gehalten wird.
  • Dementsprechend schlägt die vorliegende Erfindung die Verwendung eines Quarzglastiegels vor, der, anstatt eine gleichmäßig verringerte Konzentration an jedem Verunreinigungselement zu besitzen, in bezug auf Kupfer und Aluminium ein derart spezielles Verteilungsprofil der Verunreinigungskonzentrationen hat, daß die durchschnittliche Kupferkonzentration innerhalb des Tiegelkörpers so niedrig wie möglich ist, wünschenswerterweise 0,5 Gew.-ppb oder niedriger, während die Aluminiumkonzentration wenigstens in der Innenflächenschicht der Tiegelwände auf einer bestimmten Höhe gehalten wird. Hier wird darauf hingewiesen, daß Aluminium als ein P-Typ-Dotiermittel in den Siliciumeinkristallen wirkt, so daß der Aluminiumgehalt in einem N-Typ-Siliciumeinkristall derart begrenzt werden muß, daß er eine bestimmte Obergrenze nicht übersteigt, da es ansonsten zu Schwierigkeiten bei der Steuerung des Widerstands des Halbleitersiliciums kommt. Diese Überlegung hat zum Abschluß der vorliegenden Erfindung geführt, gemäß der der Quarzglastiegel ein derartiges Aluminium-Verteilungsprofil in Richtung der Tiegelwandstärke haben sollte, daß die durchschnittliche Aluminiumkonzentration in der Oberflächenschicht, die, von der Tiegelwandinnenfläche ab, eine Dicke von 30 um hat, im Bereich von 40 bis 500 Gew.-ppm oder vorzugsweise 50 bis 150 Gew.-ppm liegt und innerhalb der Schicht, die an die Oberflächenschicht angrenzt, in einer Tiefe von 30 um bis 1 mm von der Tiegelinnenfläche ab 40 Gew.-ppm oder vorzugsweise 10 Gew.-ppm nicht übersteigt.
  • Was die Verunreinigungselemente in dem Quarzglastiegel betrifft, die anders als Kupfer und Aluminium sind, ist keine eindeutige Korrelation zwischen der Konzentration eines jeweiligen Verunreinigungselements und dem Auftreten von verzögerten OSFs gefunden worden, soweit die Verunreinigungskonzentration im Bereich von herkömmlichen Quarzglastiegeln liegt, so daß es egal ist, ob die Konzentrationen dieser Verunreinigungselemente herkömmlich oder etwas höher sind, obwohl es ein wünschenswerter Weg ist, auch in bezug auf diese Verunreinigungselemente, die anders als Kupfer und Aluminium sind, einen Tiegel mit einer so hohen Reinheit wie möglich zu verwenden.
  • Wie oben erwähnt, ist die in Frage stehende Kupferkonzentration die durchschnittliche Konzentration innerhalb des Quarzglastiegelkörpers, während die Aluminiumkonzentration durch das Verteilungsprofil gesteuert werden muß, das die Innenflächenschicht der Tiegelwände betrifft, die durch Einschmelzen in die in dem Tiegel enthaltene Siliciumschmelze bis zum Zeitpunkt der Beendigung des Einkristallzuchtvorgangs durch das Czochralski- Verfahren verloren geht. Diese Unterscheidung zwischen Kupfer und Aluminium ist auf den Unterschied in der Beweglichkeit der entsprechenden Verunreinigungselemente innerhalb des Quarzglases zurückzuführen. Nämlich ist Aluminium relativ unbeweglich, so daß es zu keiner Diffusion in dem Quarzglas während des Einkristallzuchtvorgangs kommt und dessen Verteilungsprofil während des Verfahrens unverändert bleibt, wohingegen Kupfer eine relativ hohe Beweglichkeit in dem Quarzglas hat, so daß es zu einer Diffusion kommt und eine Steuerung des Verteilungsprofils aufgrund der Veränderung vor dem Beginn und nach der Beendigung des Einkristallzuchtverfahrens keine besondere Bedeutung hat. Insbesondere ist es wichtig, daß Aluminium durch Segregation in der Innenflächenschicht des Tiegels angereichert wird, während die Konzentration der Kupferverunreinigung als Mittelwert für den gesamten Tiegelkörper so niedrig wie möglich gehalten wird (siehe das Japanische Patent Kokai 4-108683).
  • Es folgt eine Beschreibung des Verfahrens zur Herstellung eines Quarzglastiegels mit dem oben erwähnten einzigartigen Verteilungsprofil der Kupfer- und Aluminium-Verunreinigungskonzentrationen gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • Wie es in dem Japanischen Patent Kokai 63-166791 offenbart ist, ist der Stand der Technik, daß, wenn ein Quarzglastiegel aus Naturquarz mit einer ultrahohen Reinheit gewünscht wird, die Aluminiumverunreinigung, die sich auf der Innenfläche des Tiegels während des Schmelzens des Tiegels abscheidet oder ansammelt, entfernt wird. Weil man den genauen Mechanismus der Segregation von Aluminium nicht kennt, ist dies der einzige mögliche Weg, eine hohe Reinheit hinsichtlich Aluminium sicherzustellen, da keinerlei wirksame Mittel zur Verhinderung der Aluminiumansammlung zur Verfügung stehen. Ein solches Verfahren zur nachfolgenden Entfernung der auf der Innenfläche des Quarzglastiegels angereicherten Verunreinigung ist allgemein auf andere Verunreinigungselemente anwendbar, bei denen es bei der Herstellung von Quarzglastiegeln aus Naturquarz als Ausgangsmaterial zu einer Oberflächensegregation kommt.
  • Die Erfinder führten zwei Testverfahren für die Czochralski- Zucht von N-Typ-Siliciumeinkristallen durch, wobei zum einen ein Quarzglastiegel aus Naturquarz hergestellt und anschließend durch das oben beschriebene Verfahren auf eine äußerst hohe Reinheit gereinigt wurde und zum anderen ein Tiegel aus synthetischem Quarz mit einer noch höheren Reinheit hergestellt wurde. Im Gegensatz zu den erwarteten Ergebnissen waren diese Siliciumeinkristalle hinsichtlich des Auftretens von verzögerten OSFs nicht besser, sondern eher schlechter als die Siliciumeinkristalle, die aus herkömmlichen Quarzglastiegeln gezüchtet worden waren. Die Untersuchungen, die durchgeführt wurden, um den Mechanismus zu finden, der zu diesem unerwarteten Phänomen führt, haben zu einem Schluß geführt, daß die auf der Innenfläche der Tiegelwände abgeschiedene und angereicherte Aluminiumverunreinigung eher eine das Auftreten von verzögerten OSFs unterdrückende Wirkung hat, so daß die Aluminiumverunreinigung auf der Innenfläche der Tiegelwände nicht vollständig entfernt werden hätte sollen, um verzögerte OSFs zu minimieren. Angenommen, daß die Gesamtmenge der Aluminiumverunreinigung identisch ist, reicht es nicht aus, daß das Aluminium gleichmäßig innerhalb der Tiegelwände verteilt ist, sondern es ist wesentlich, daß die Aluminiumverunreinigung hauptsächlich in der etwa 30 um dicken Schicht von der Innenfläche der Tiegelwände ab enthalten ist, so daß sie vor dem Beginn des Einkristallziehverfahrens aus der Schmelze in die Siliciumschmelze überführt wird. Was die anderen Verunreinigungselemente in den Quarzglastiegeln betrifft, so wurden bei ihnen keine besonderen nachteiligen Einflüsse auf das Auftreten von verzögerten OSFs gefunden, mit Ausnahme von Kupfer, dessen durchschnittliche Konzentration über den gesamten Tiegelkörper 0,5 Gew.-ppb nicht übersteigen darf, um das Auftreten von verzögerten OSFs in einem aus dem Tiegel gezüchteten N-Typ-Siliciumeinkristall zu verhindern.
  • Bei dem Verfahren zur Herstellung eines Quarzglastiegels aus Naturguarz, wird ein Naturquarzpulver zuerst mit einer Mischung aus Flußsäure und Salpetersäure gewaschen und anschließend einer Wärmebehandlung bei 1000ºC bis 1300ºC in einer Atmosphäre, die eine Kombination aus Chlorwasserstoff und Chlor enthält, unterzogen, gefolgt von einem zweiten Säurewaschschritt mit Flußsäure, so daß der Kupfergehalt in dem Pulver nach den Behandlungen auf 0,3 Gew.-ppb oder weniger gesenkt wird, um ein hochreines Quarzpulver zu erhalten. Es ist bekannt, daß diese Behandlungen keine Wirkung zur Verringerung des Gehalts an den IIIB-Gruppen-Elementen des Periodensystems, wie z. B. Aluminium, haben, so daß die Aluminiumkonzentration von z. B. 12 Gew.-ppm vor den Behandlungen als solche nach den Behandlungen beibehalten wird. Alkalimetalle, Eisen und Nickel befinden sich unter den Verunreinigungselementen, die durch diese Behandlungen teilweise aus dem Quarzpulver entfernt werden können.
  • Das derart gereinigte Quarzpulver wird auf den Wänden einer um die Vertikalachse rotierenden Form abgeschieden, und die Pulverablagerung wird von innen erwärmt, um die Verschmelzung und Verglasung zu einer Quarzglastiegelform zu bewirken. Es ist gefunden worden, daß, wenn die Temperatur auf der Innenfläche des auf diese Weise geformten Tiegels etwa 2200ºC beträgt, eine allmähliche Anreicherung von Aluminium stattfindet, so daß die durchschnittliche Aluminiumkonzentration in der Innenflächenschicht mit einer Dicke von 30 gm etwa 50 Gew.-ppm erreicht. Wenn das Erhitzen 5 Minuten lang oder länger bei 2300ºC fortgesetzt wird, findet allmählich eine weitere Erhöhung der Aluminiumkonzentration statt, so daß die durchschnittliche Aluminiumkonzentration innerhalb der Innenflächenschicht etwa 300 Gew.-ppm erreicht. Ein länger fortgesetztes Erhitzen bei dieser Temperatur, das länger als 30 Minuten dauert, führt aufgrund der Diffusion von Aluminium zu einer Erhöhung der Aluminiumkonzentration in der Schicht bei 40 um oder tiefer von der Innenfläche des Tiegels ab, so daß der auf diese Weise hergestellte Tiegel das Ziel der vorliegenden Erfindung nicht erfüllen kann. Es ist klar, daß, in Abhängigkeit von den Abmessungen der Tiegel, die Temperatur und die Dauer der Verschmelzung und Verglasung bei der Herstellung des Tiegels angemessen ausgewählt werden sollen, da die erforderliche Menge an Aluminium-Oberflächensegregation von der Menge des Eintrags an polykristallinem Silicium in den Tiegel abhängt.
  • Gemäß dem Umfang der vorliegenden Erfindung ist es wichtig, daß eine bestimmte Menge Aluminium in die Siliciumschmelze einge tragen wird, bevor das Einkristallziehverfahren begonnen wird, und daß es anschließend zu keiner wesentlichen Erhöhung der Aluminiumkonzentration in der Schmelze kommt. Dies ist der Grund, weshalb es erforderlich ist, daß die notwendige Menge an Aluminium in der 30 um dicken Schicht auf der Innenfläche der Tiegelwände angereichert sein soll, da die Dicke der Tiegelwandschicht, die durch das Miteinschmelzen in die Siliciumschmelze vor dem Beginn des Einkristallzuchtverfahrens verloren geht, selten 30 um übersteigt. Natürlich ist es fakultativ, daß die Aluminiumsegregationsschicht eine Dicke hat, die kleiner als 30 um ist, wenn sie innerhalb der 30 um dicken Schicht von der Innenfläche des Tiegels ab eingeschlossen ist, und selbst wenn die Aluminiumsegregationsschicht nicht innerhalb der, von der Innenfläche ab, 30 um dicken Schicht eingeschlossen ist, kann eine Abhilfemaßnahme durchgeführt werden, zum Beispiel durch Verlängerung der Zeit, die die Siliciumschmelze vor dem Beginn des Einkristallziehverfahrens in dem Tiegel gelassen wird, da im wesentlichen die Anforderung die ist, daß die notwendige Menge Aluminium in die Siliciumschmelze eingetragen worden ist, bevor das Einkristallziehverfahren beginnt.
  • Wenn der Quarzglastiegel selbst keine Aluminiumsegregationsschicht auf der Innenfläche besitzt, oder wenn die durchschnittliche Aluminiumkonzentration in der 30 um dicken Innenflächenschicht niedriger als 40 Gew.-ppm ist, wie es bei einem Tiegel der Fall ist, der aus Naturquarz hergestellt ist und bei dem die Aluminiumsegregationsschicht vollständig entfernt worden ist, oder bei einem Tiegel aus einem synthetischen Quarzglas, der von Natur aus nur eine extrem kleine Menge an Aluminium enthält, ist es gemäß der Erfindung notwendig, daß die Innenfläche des Tiegels mit einer Ablagerung aus einer Überzugsschicht versehen wird, die mit Aluminium dotiert ist, in einer Menge, um die Bedingung, das Phänomen der verzögerten OSFs in dem aus dem Tiegel gezüchteten Siliciumeinkristall zu verhindern, zu erfüllen. Die Dicke dieser zusätzlichen aluminiumdotierten Überzugsschicht beträgt etwa 5 um, damit sie nicht von der Tiegeloberfläche abfällt. Es ist unnötig zu erwähnen, daß die Menge an Aluminium, die in der Innenflächenschicht des Tiegels enthalten ist, in geeigneter Weise angepaßt wird, um für eine notwendige Aluminiumkonzentration in der Siliciumschmelze zu sorgen, da der Anteil des Volumens der in dem Tiegel enthaltenen Siliciumschmelze und des Bereichs der Tiegeloberfläche, der mit der Schmelze in Kontakt kommt, von den Abmessungen des Tiegels abhängt. Das Dotieren des Quarzglastiegels mit Aluminium kann durch das Verfahren durchgeführt werden, bei dem ein Aluminiumdotiermittel auf dem Boden des Tiegels gegeben wird, bevor der Tiegel mit Blöcken aus polykristallinem Silicium beschickt wird, oder durch das Verfahren, bei dem ein Aluminiumdotiermittel in die Siliciumschmelze in dem Czochralski-Ofen mittels eines speziellen Geräts eingebracht wird. Übrigens kann der Quarzglastiegel mit den angegebenen Verteilungsprofilen für die Aluminium- und Kupferkonzentrationen gemäß der vorliegenden Erfindung ohne etwaige nachteilige Auswirkungen bei der Czochralski-Zucht eines P-Typ-Siliciumeinkristalls verwendet werden.
  • Die Menge des bei dem obengenannten Dotierverfahren eingesetzten Aluminiumdotiermittels sollte äquivalent sein zu der Aluminiummenge, die in die Schmelze eingetragen werden würde, wenn bei dem Quarzglastiegel eine Innenflächenschicht, die Aluminium in der angegebenen Konzentration enthält, angenommen werden würde. Somit ergibt sich die Menge W des Dotiermittel-Aluminiums durch Berücksichtigung der folgenden Gleichung:
  • W = A · t · ρ · C,
  • worin W die Menge W an Aluminium ist, die aus einem aluminiumhaltigen Tiegel in die Siliciumschmelze eingebracht wird; A der Bereich der Oberfläche ist, mit der die Siliciumschmelze mit den Tiegelwänden in Kontakt steht; t die Dicke der Schicht ist, die in dem Einkristallzuchtverfahren miteingeschmolzen wird; p die Dichte des Quarzglastiegels ist; und C die durchschnittliche Aluminiumkonzentration in der Tiegelwandschicht ist, die während des Verfahrens in die Schmelze miteingeschmolzen wird. So ist die Menge an zu der Schmelze hinzuzugebendem Dotiermittel-Aluminium die Differenz zwischen dem Wert W, wenn C im Bereich von 40 bis 500 Gew.-ppm liegt, und dem Wert W, wenn C die tatsächliche Aluminiumkonzentration in der Innenflächenschicht ist.
  • Im folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von Beispielen und Vergleichsbeispielen, die einige typische Fälle zeigen, detaillierter beschrieben.
  • Beispiel 1
  • Ein Quarzglastiegel, der nachfolgend als Tiegel A bezeichnet wird, mit einem Innendurchmesser von 18 Inch wurde hergestellt. Der Tiegel A wurde aus einem hochreinen Naturguarzpulver nach einer Wärmebehandlung bei 1200ºC in einer Atmosphäre aus Chlorwasserstoff und Chlor durch Schmelzen und Verglasen bei 2300ºC hergestellt, um eine Aluminium-Segregationsschicht auf der Innenfläche zu erhalten. Die nachstehende Tabelle 1 zeigt die Gehaltsanalysenergebnisse von 9 Verunreinigungselementen, einschließlich Aluminium und Kupfer. Die Aluminiumkonzentration ist dort auf zwei Arten angegeben, eine für die Konzentration in der Oberflächenschicht mit einer Dicke von 30 um von der Innenfläche des Tiegels ab, welche in der Tabelle als die Oberflächenkonzentration bezeichnet wird, und die andere für die Konzentration in der darin angrenzenden Schicht in einer Tiefe von 30 um bis 1 mm von der Innenfläche ab, welche in der Tabelle als die Massenkonzentration bezeichnet wird, während die Gehalte der anderen Verunreinigungselemente als Durchschnitt des gesamten Tiegelvolumens angegeben sind. Die Einheiten der Zahlenwerte in der Tabelle sind Gew.-ppm (ppm nach Gewicht) für Aluminium und Gew.-ppb (ppb nach Gewicht) für die anderen Verunreinigungselemente.
  • Das Analyseverfahren zur Bestimmung der Aluminiumkonzentration war wie folgt. Zur Bestimmung der Oberflächenaluminiumkonzentration wurde eine 30 um dicke Oberflächenschicht mit 38%iger Flußsäure herausgelöst, und diese Säurelösung wurde der Analyse durch das Atomabsorptionsspektrophotometrieverfahren unterworfen, um die relativen Lichtabsorptionsintensitäten für Aluminium und Silicium zu ermitteln, und die Aluminiumkonzentration wurde durch Berechnung aus den relativen Intensitätsdaten für einen bekannten Konzentrationsteil erhalten. Anschließend wurde die Oberflächenschicht mit einer Dicke von 1 mm, gemessen von der ursprünglichen Oberfläche vor der obengenannten Säurebehandlung, durch Schneiden gewonnen, deren Massenaluminiumkonzentration ebenfalls durch das Atomabsorptionsspektrophotometrieverfahren ermittelt wurde.
  • Unter Verwendung des oben beschriebenen Tiegels A wurde ein Kristallzuchttest gemäß einer Standardmethode des Czochralski- Verfahrens durchgeführt, bei der der Tiegel mit 60 kg polykristallinen Siliciumblöcken beschickt wurde, um durch Erhitzen eine Schmelze zu bilden, aus der ein mit Phosphor dotierter Siliciumeinkristallstab mit einem Durchmesser von 6 Inch und einem Gewicht von 45 kg in der kristallographischen Orientierung < 100> nach oben gezogen und der entweder unmittelbar nach der Zucht oder nach wochenlanger Lagerung auf das Auftreten von OSFs hin untersucht wurde. Übrigens besaßen das polykristalline Silicium sowie die Materialien des Czochralski-Ofens alle die höchsten verfügbaren Reinheitsgrade, um die Einflüsse durch die Fremdverunreinigungen, die nicht von dem Tiegel ausgehen, zu minimieren.
  • Bei der Durchführung des Tests auf OSFs wurden vier Blöcke, 1 bis 4, durch Teilung gemäß der schematischen Abbildung in Fig. 4 gewonnen, und jeder der Blöcke wurde nach der entsprechenden nachstehend beschriebenen Behandlung dem Test auf OSFs unterzogen. Der Block 1 wurde unmittelbar nach der Teilung des Stabs in Blöcke in 2 mm dicke Wafer geschnitten, wobei jeder davon auf Hochglanz poliert und einem Wärmebehandlungsprogramm, das eine Temperaturerhöhungsstufe von 800ºC auf 1200ºC bei einer Geschwindigkeit von 10ºC/Minute, eine 100minütige Stufe mit konstanter Temperatur bei 1200ºC in einer Naßsauerstoffbedingung, eine Stufe, bei der die Temperatur mit einer Geschwindigkeit von 1,5ºC/Minute auf 800ºC erniedrigt wird, und eine Stufe, bei der auf Raumtemperatur abgekühlt wird, umfaßte, ausgesetzt wurde. Anschließend wurde der oxidierte Oberflächenfilm auf der Waferoberfläche durch Verwendung von Flußsäure entfernt, und die Wafer wurden 2 Minuten lang der SECCO-Ätzung (F. Secco et al., Journal of Electrochemical Society, Band 119, Seite 984, 1972) ausgesetzt und die Dichte der OSFs durch Verwendung eines Lichtmikroskops ermittelt.
  • Die Blöcke 2, 3 und 4 ließ man bei 23ºC 2 Wochen, 4 Wochen bzw. 6 Wochen lagern, bevor sie in 2 mm dicke Wafer geschnitten wurden, wobei jeder davon auf Hochglanz poliert und der gleichen Behandlung und dem gleichen Test auf OSFs wie die aus Block 1 unterzogen wurden. Die Ergebnisse des OSF-Tests waren, daß in sämtlichen Wafern, nicht nur in denen aus Block 1, sondern auch in denen aus den Blöcken 2 bis 5, absolut keine OSFs nachgewiesen werden konnten, was das Fehlen des Phänomens der verzögerten OSFs zeigt.
  • Beispiel 2
  • Die Versuchsdurchführung war im wesentlichen dieselbe wie in Beispiel 1, mit Ausnahme der Verwendung eines Quarzglastiegels, der nachfolgend als Tiegel B bezeichnet wird, welcher aus synthetischem Siliciumdioxid hergestellt und durch das Sol-Gel-Verfahren auf der Innenfläche mit einer Schicht aus aluminiumdotiertem Quarzglas beschichtet wurde. Die Gehalte an den entsprechenden Verunreinigungselementen in Tiegel B sind in Tabelle 1 gezeigt. Nicht nur in den Siliciumwafern, die aus Block 1 unmittelbar nach der Zucht gewonnen wurden, sondern auch in den Wafern, die aus den Blöcken 2 bis 4 nach bis zu 6wöchiger Lagerung bei Raumtemperatur gewonnen worden waren, wurden absolut keine OSFs nachgewiesen.
  • Vergleichsbeispiel 1
  • Die Versuchsdurchführung war im wesentlichen dieselbe wie in Beispiel 1, mit Ausnahme der Verwendung eines Quarzglastiegels, der nachfolgend als Tiegel C bezeichnet wird, welcher aus herkömmlichem Naturquarz hergestellt wurde und 1,0 Gew.-ppb Kupfer enthielt. Die Gehalte an den entsprechenden Verunreinigungselementen in Tiegel C sind in Tabelle 1 gezeigt. Die mikroskopische Untersuchung auf OSFs zeigte, daß, obwohl in den Wafern, die aus Block 1 gewonnen wurden, keine OSFs nachgewiesen wurden, die Dichte der OSFs in den Wafern, die aus den Blöcken 2 bis 4 nach bis zu 6wöchiger Lagerung bei Raumtemperatur gewonnen worden waren, erhöht wurde, wie es in Fig. 5 durch die Kurve I gezeigt ist.
  • Vergleichsbeispiel 2
  • Die Versuchsdurchführung war im wesentlichen dieselbe wie in Beispiel 1, mit Ausnahme der Verwendung eines Quarzglastiegels, der nachfolgend als Tiegel D bezeichnet wird, welcher aus hochreinem synthetischem Quarz hergestellt wurde. Die Gehalte an den entsprechenden Verunreinigungselementen in Tiegel D sind in Tabelle 1 gezeigt. Die mikroskopische Untersuchung auf OSFs zeigte, daß, obwohl in den Wafern, die aus Block 1 gewonnen wurden, keine OSFs nachgewiesen wurden, die Dichte der OSFs in den Wafern, die aus den Blöcken 2 bis 5 nach bis zu 6wöchiger Lagerung bei Raumtemperatur gewonnen worden waren, erhöht wurde, wie es in Fig. 5 durch die Kurve II gezeigt ist.
  • Beispiel 3
  • Dieselbe Versuchsdurchführung wie in dem oben beschriebenen Vergleichsbeispiel 2 wurde wiederholt, außer daß die Siliciumschmelze in dem Tiegel mit Aluminium dotiert wurde, indem 4 mg eines hochreinen Aluminiummetallpulvers, das 2 Gew.-ppm Silicium und 2 Gew.-ppm Kupfer enthielt, zusammen mit 60 kg der polykristallinen Siliciumblöcke in den Tiegel eingebracht wurden, so daß die Dotierkonzentration von Aluminium in der Siliciumschmelze etwa 0,07 Gew.-ppm betrug.
  • Die obengenannte Aluminiumdotiermenge, d. h. 4 mg, war ein Ergebnis der folgenden Berechnung, bei der die zuvor aufgestellte Gleichung:
  • W = A · t · &rho; · C,
  • verwendet wurde, wobei davon ausgegangen wird, daß A = 3218,82 cm² für einen 18-Inch-Tiegel, der 55 kg Siliciumschmelze enthält, t = 30 um, &rho; = 2,3 g/cm³ und C = 40 Gew.-ppm oder 500 Gew.-ppm, um ein Ergebnis von W = 0,89 mg bzw. 11,13 mg zu ergeben, so daß die tatsächliche Aluminiumdotiermenge irgendwo zwischen diesen beiden Grenzwerten liegen sollte.
  • Die Ergebnisse des Tests auf die OSF-Dichte in dem aus der derart aluminiumdotierten Schmelze gezüchteten Siliciumeinkristall waren, daß nicht nur in den Wafern, die aus Block 1 gewonnen wurden, sondern auch in den Wafern, die aus den Blöcken 2 bis 5 nach bis zu 6wöchiger Lagerung bei Raumtemperatur gewonnen worden waren, absolut keine OSFs nachgewiesen wurden, was das Fehlen von verzögerten OSFs zeigt. Tabelle 1

Claims (4)

1. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter-Siliciumeinkristalls durch das Czochralski-Verfahren, bei dem ein Siliciumeinkristallstab am unteren Ende eines Impfkristalls aus einer durch Schmelzen von polykristallinem Silicium in einem Quarzglastiegel hergestellten Siliciumschmelze nach oben gezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß es den Schritt des Verwendens eines Quarzglastiegels umfaßt, welcher in der Richtung der Tiegelwandstärke derartige Verteilungsprofile von Aluminium und Kupfer als Verunreinigungen hat, daß die durchschnittliche Konzentration von Aluminium in der Oberflächenschicht, die, von der Tiegelinnenfläche ab, eine Dicke von 30 um hat, im Bereich von 40 bis 500 Gew.-ppm liegt und innerhalb der Schicht, die an die Oberflächenschicht angrenzt, in einer Tiefe von 30 um bis 1 mm von der Tiegelinnenfläche 40 Gew.-ppm nicht übersteigt, und daß die Konzentration von Kupfer innerhalb der Schicht von der Innenfläche bis zur Außenfläche des Tiegels 0,5 Gew.-ppb nicht übersteigt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durchschnittliche Konzentration von Aluminium in der Oberflächenschicht, die, von der Tiegelinnenfläche ab, eine Dicke von 30 um hat, im Bereich von 50 bis 150 Gew.-ppm liegt und innerhalb der Schicht, die an die Oberflächenschicht angrenzt, in einer Tiefe von 30 um bis 1 mm von der Tiegelinnenfläche 10 Gew.-ppm nicht übersteigt.
3. Quarzglastiegel zur Herstellung eines Halbleiter-Siliciumeinkristalls durch das Czochralski-Verfahren, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Siliciumeinkristallstab am unteren Ende eines Impfkristalls aus einer durch Schmelzen von polykristallinem Silicium in dem Quarzglastiegel hergestellten Siliciumschmelze nach oben gezogen wird, wobei die Verteilungsprofile von Aluminium und Kupfer als Verunreinigungen in der Richtung der Tiegelwandstärke derart sind, daß die durchschnittliche Konzentration von Aluminium in der Oberflächenschicht, die, von der Tiegelinnenfläche ab, eine Dicke von 30 um hat, im Bereich von 40 bis 500 Gew.-ppm liegt und innerhalb der Schicht, die an die Oberflächenschicht angrenzt, in einer Tiefe von 30 um bis 1 mm von Tiegelinnenfläche 40 Gew.-ppm nicht übersteigt, und daß die Konzentration von Kupfer innerhalb der Schicht von der Innenfläche bis zur Außenfläche des Tiegels 0,5 Gew.-ppb nicht übersteigt.
4. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter-Siliciumeinkristalls durch das Czochralski-Verfahren, bei dem ein Siliciumeinkristallstab am unteren Ende eines Impfkristalls aus einer durch Schmelzen von polykristallinem Silicium in einem Quarzglastiegel hergestellten Siliciumschmelze nach oben gezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß es umfaßt den Schritt des Verwendens eines Quarzglastiegels, der Aluminium bzw. Kupfer als Verunreinigungen in Konzentrationen von weniger als 40 Gew.-ppm bzw. nicht mehr als 0,5 Gew.-ppb enthält, und die Zugabe von Aluminium als ein Dotiermittel zu der Siliciumschmelze in dem Tiegel in einer derartigen Menge, daß sie der Menge entspricht, die in die Schmelze eingetragen werden könnte, wenn davon ausgegangen wird, daß das Verteilungsprofil von Aluminium in dem Quarzglastiegel gemäß Anspruch 3 ist.
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