JP6899176B2 - Fz法によって単結晶を引き上げるための方法 - Google Patents

Fz法によって単結晶を引き上げるための方法 Download PDF

Info

Publication number
JP6899176B2
JP6899176B2 JP2019565056A JP2019565056A JP6899176B2 JP 6899176 B2 JP6899176 B2 JP 6899176B2 JP 2019565056 A JP2019565056 A JP 2019565056A JP 2019565056 A JP2019565056 A JP 2019565056A JP 6899176 B2 JP6899176 B2 JP 6899176B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
polycrystalline
polycrystal
conical section
switching position
diameter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2019565056A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2020507553A (ja
Inventor
シュレック,トーマス
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siltronic AG
Original Assignee
Siltronic AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siltronic AG filed Critical Siltronic AG
Publication of JP2020507553A publication Critical patent/JP2020507553A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6899176B2 publication Critical patent/JP6899176B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B13/00Single-crystal growth by zone-melting; Refining by zone-melting
    • C30B13/28Controlling or regulating
    • C30B13/30Stabilisation or shape controlling of the molten zone, e.g. by concentrators, by electromagnetic fields; Controlling the section of the crystal
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B13/00Single-crystal growth by zone-melting; Refining by zone-melting
    • C30B13/16Heating of the molten zone
    • C30B13/20Heating of the molten zone by induction, e.g. hot wire technique
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B13/00Single-crystal growth by zone-melting; Refining by zone-melting
    • C30B13/16Heating of the molten zone
    • C30B13/22Heating of the molten zone by irradiation or electric discharge
    • C30B13/24Heating of the molten zone by irradiation or electric discharge using electromagnetic waves
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B13/00Single-crystal growth by zone-melting; Refining by zone-melting
    • C30B13/28Controlling or regulating
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B13/00Single-crystal growth by zone-melting; Refining by zone-melting
    • C30B13/32Mechanisms for moving either the charge or the heater
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02Elements
    • C30B29/06Silicon

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Description

説明
本発明は、多結晶が電磁融解装置によって融解され、その後再結晶化されるFZ法によって単結晶を引き上げるための方法、および対応するプラントに関する。
先行技術
FZ法、いわゆるフローティングゾーン法またはゾーンメルティング法による、単結晶、特に半導体材料のそれの引上げにおいては、高い純度の単結晶を生成することが可能である。この方法では、多結晶、言い換えればより特定的には多結晶半導体材料からなる結晶が融解され、その後再結晶化される。
このような方法では、たとえば、WO2014/033212A1に記載されるように、区別可能である異なる相が存在する。この場合における多結晶は、まず融解され、その後単結晶の核上で再結晶化される。
製造されることとなる単結晶の直径は、いわゆる薄いネックセクションにおいてほぼ核の直径から減少し、次に円錐セクションにおいて所望の直径まで広げられる。直径は、その後、たとえばロッド形態の単結晶を得るために、一定に維持され得る。
多結晶、そこに付着する核、およびそれらの間に位置する液体または融解材料の異なる領域を記録するために4つの異なるカメラが用いられるFZ法が、たとえば、JP 4 016 363 B2から知られる。3つの記録から、多結晶および単結晶の直径のみならず、ゾーン高さともよばれる液体または融解材料の領域またはゾーンの高さが決定される。
この種の方法では、多結晶の外縁における下側縁部と、液体材料と核の一部上の固体材料との間の下側相境界との間の距離を決定することができる。これらの決定に基づいて、様々な規制動作が行われ得る。
多結晶の円錐セクションが融解されることとなる段階では、一般的に、多結晶が融解装置に対して動かされる速度の(時折急激な)減少を必要とする。この方法では、必要な量の材料を融解することが可能である。しかしながら、上述されたような距離を用いることで、速度減少が起こる多結晶の位置を決定することは不可能または困難になる。
したがって、この背景に対して、目的は、その速度が減少されることとなる多結晶の位置を調節し、ひいては特に動作が自動化されることを可能にする、より容易なおよび/またはより精密な手段を提供することである。
発明の開示
本発明によれば、独立請求項の構成を有する、単結晶を引き上げるための方法およびプラントが提案される。有利な実施形態は、従属請求項および以下の説明の主題である。
本発明の出発点は、多結晶が電磁融解装置によって融解され、その後再結晶化されるFZ法によって単結晶を引き上げる方法である。多結晶、すなわちここで製造されることとなる単結晶に適した材料は、特に、半導体材料、好ましくはシリコンである。材料はある程度の不純物またはドーパントを含んでもよいことが理解される。
第1段階では、原則としてたとえば160mmの直径を有するロッドの形態である多結晶が、まず下(ロッド形状多結晶の鉛直方向配置の場合には重量に対して)端から融解装置によって融解される。ここで考えられる融解装置は、特に、インダクタまたは誘導コイルである。この場合、高周波励起によって、電磁エネルギがインダクタの近傍へ向かう多結晶へ結合され得る。
前述の第1段階では、任意に浅い下方セクションを有する、原則としてその下端において円錐形である多結晶は、下降されインタクタの中央穴に持ち込まれ得る。多結晶へ結合される電磁エネルギの量を最大化するために、多結晶の下端を穴の縁部まで運ぶことが有用である。多結晶は、その後、下端において融解を開始し、はじめに多結晶から垂下する液体材料の液滴が形成される。
その後、第2段階では、特に同様にロッド形状であり、たとえば約4〜7mmの直径を有する単結晶の核が、多結晶の下端、すなわち液体材料の液滴に付着され、その後核の上端から融解される。核の融解は、一般的に、核の温度がすでに液体である材料の温度に調節されてはじめて始まる。核は、通常、その長さのある領域にわたって融解される。長さはたとえば5〜20mmの間であり得る。しかしながら、その下端におけるある領域は、この領域が引上げ装置における固定のために要求されるため、融解されないことが理解される。核の融解のために、核および多結晶は上方向に動かされる。これは、たとえば、核がインダクタの穴の方向に動かされることを意味する。この手順では、多結晶の下端に予備の核が形成される。これに関連する予備の核は、多結晶の下端における、より特定的にはプラグの形態領域であり、その上に核がその後付着する。
第3段階では、その後、核の下方セクション(ここには、核がたとえば前述の引上げ装置に保持され得る)と多結晶(すなわち、依然として固体でありまだ融解されていない多結晶の部分)との間に、薄いネックセクションが形成される。薄いネックセクションの直径は核の直径よりも小さい。この薄いネックセクションは、たとえば多結晶上の液体材料への核の付着の結果として形成される転位を除去するために、形成される。ここで、薄いネックセクションの直径は、たとえば、2〜4mmの間に達し得る。この薄いネックセクションを形成するために、核および多結晶は、核が所望の通りに融解された後で、再び下方向に動かされ得る。ここで核の下降速度を上げることによって、質量保存により、液体材料またはその後結晶化する材料のゾーンの直径が減少する。
薄いネックセクションの後、単結晶の直径は、その後、たとえば約200mmの所望の直径に増加され、その後保持され得る。
この目的のために、FZ法の第4段階では、円錐セクションが薄いネックセクションと多結晶との間に形成され得る。この種の円錐セクションは、直径を薄いネックセクションの直径から所望の直径まで広げるために役立つ。この目的のために、直径を増加させるために、原則として、(すでにその上に結晶化された材料を伴う)核および多結晶の下降速度を変化させることが必要である。特に、下降速度の減少は、より多くの材料が結晶化可能であり、これにより直径を増加させることを意味する。特に、この第4段階において、多結晶は、はじめは穏やかな速度で、その後は増加速度で、次に非常に低い速度で、動かされ得るまたは下降され得る。このような異なる速度は、相境界が均一に存在しない段階をできるだけ迅速に解消するために必要である。特に、(前述の非常に低い速度への)速度減少は、円錐セクションの直径を増加させるために必要でもあるため、十分な多結晶材料が連続的に融解されることを可能にするために役立つ。減少は、たとえば、0.5mm/分以上、より特定的には0.5〜1mm/分の間の速度から、0.5mm/分未満、より特定的には0.1〜0.5mm/分の間の速度まで起こり得る。しかしながら、速度減少の前後で、多結晶は、特に速度のターゲット曲線にしたがって動かされてもよい。
本発明によれば、第4段階に達する前に、多結晶の切替位置が決定される。多結晶の切替位置は、多結晶が融解装置に対して動かされる速度が減少されることとなる位置である。その後、第4段階で、多結晶が融解装置に対して動かされる速度は、切替位置に達するとき、対応して減少される。
習慣的に、いわゆるプラグが多結晶の下端に形成される。新たな多結晶の場合、このプラグは、一般に、平面を有する。しかしながら、用いられる多結晶が既に融解されている場合、たとえば−どんな理由であろうと−終了される必要があるFZ法において、プラグ(この場合、特に終了した方法において、予備の核として形成された)は、もはや規定された形状を有しない。
特に、この形状は、終了したFZ法の場合に用いられる融解装置にも依存し得る。したがって、プラグの成形および/または円錐セクション上の基部のその位置は、多結晶ごとに変化し得る。それに応じて、同様に切替位置は、多結晶ごとに変化し得る。
したがって、対応する切替位置はEZ法の早い段階で、より特定的には早ければ第1段階で決定されるため、第4段階で、言い換えれば特に切替が必要とされるときに、速度を減少させることが非常に容易に可能となる。したがって、これは、多結晶が動かされる速度を制御することを可能にする。規制は必要とされない。したがって、特に、方法の自動化が大いに容易になる。
ここで、切替位置を決定する目的のために、多結晶に固有である場所の距離の測定が行われる場合が好ましい。この場所は、たとえば融解装置上の所定の場所としての固定参照点に対して、多結晶の円錐セクションの下端に配置される。切替位置は、その後距離から決定される。この固有の場所は、特に、多結晶の円錐セクションの傾斜角度が所定値よりも大きく変化する場所であり得る。したがって、これは、特に、多結晶の下端のいわゆるプラグを含む。このような場所は、たとえば、多結晶の特性または予め決められた直径に基づいて認識され得る。したがって、距離は、前もって知られず、たとえば画像処理手順の一部として、好適な手段によってまず測定される。
この距離に関して、特に同期して、多結晶の、より特定的にはたとえば下降または引上げ装置の現在位置に基づく融解装置の位置に対する中間位置を決定することが可能である。したがって、中間位置は、(特に鉛直方向において)迅速に測定可能または出力可能な多結晶の位置であり得る。したがって、速度が減少されることとなる融解装置からの固有の場所の所望の距離、すなわち特に速度が対応して減少される場合に精密に材料の正確な量が融解される理想に近い距離を用いて、−たとえば、好適な値の追加または控除(状況による)によって−既に決定された多結晶の中間位置から、同様にたとえば下降または引上げ装置の所定の位置として、切替位置を決定することが可能である。したがって、この手段によって、多結晶全体に関して固有の場所の以前は未知の位置を決定することが可能となり、速度減少が第4段階の間に非常に簡単に達成されることができる。
あるいは、切替位置を決定する目的のために、多結晶の中間位置を決定することが好ましい。ここでは、多結晶に固有であり、多結晶の円錐セクションの下端に配置される場所が、多結晶の移動の間に固定参照点からの所定の距離に到達するまたは所定の距離を超過する。切替位置は、中間位置から決定される。ここでまた、固有の場所は、特に、多結晶の特性または予め決められた直径から認識され得る。その後、たとえば、多結晶の上昇または下降の間に、予め決められた距離における直径が対応して、連続的にまたは繰り返し捕捉される場合、特に融解装置に対する多結晶の中間位置は、同様に、たとえば固有の場所が予め決められた距離に到達するまたは予め決められた距離を超過したときに、下降または引上げ装置の所定の場所として決定され得る。これは、たとえば、所定値に届かないまたは所定値を超過する予め決められた距離の高さにおける直径によって認識され得る。したがって、対応する距離、言い換えれば、ここで、速度が減少される時点における、固定参照点からの場所の所望の距離を含むように補正された、固定参照点からの前述の予め決められた距離を追加することによって、切替位置を非常に容易に決定することが可能である。
したがって、両方の変形例によれば、中間位置は、決定されることができ、切替位置を決定するために用いられることができる。第1の変形例の場合には、(たとえば、好適な時点での)参照点からの固有の場所の距離が容易に測定されることができる一方、第2の変形例の場合には、参照点からの距離は、いわば予め決められ、その後固有の場所が多結晶の移動の間にこの距離に到達するまたはこの距離を通過するまで、この距離はモニタリングされる。状況に応じて、1つの変形例または他のものがより簡単および/もしくは有利であり得る。
多結晶に固有である場所は、好ましくは、特に融解装置の上方に配置されるカメラを用いて捕捉される。これは、距離が特に容易に決定または捕捉されることを可能にする。たとえば、カメラによって、非常に迅速に明/暗の相違および明/暗の移行を認識することが可能であり、それ故に、−結晶の反射の変化が存在する結果として−傾斜角度の変化が効率的に捕捉されることを可能にする。
有利には、切替位置は、第1段階および/または第2段階で、言い換えれば、たとえば、第1段階から第2段階までの移行の間に決定される。直径を決定するための前述の場所はたとえばカメラによってよく見えるため、切替位置は、ここで特に良好に決定され得る。
本発明のさらなる主題は、本発明の方法を実施するために設置されるプラントである。この目的のために、プラントは、特に、たとえば既に複合的に述べられた種の融解装置と、好適な算術ユニットとを備え得る。算術ユニットは、個々の方法ステップを実施し、たとえばカメラを対応して駆動してそれらの画像を評価するために、対応して設置され得る。
繰り返しを避けるため、さらなる実施形態およびプラントの利点に関して、本発明の方法に関する上記の説明が参照される。
本発明のさらなる利点および実施形態は、説明および添付の図面から明らかである。
上記に示される構成および本明細書で明らかにされることとなるものは、示唆される特定の組み合わせにおいてのみならず、本発明の範囲から逸脱することなく、他の組み合わせまたはそれら自体において用いられ得ることが理解される。
本発明は、例示の実施形態による図面に概略的に示され、図面を参照して以下に説明される。
多結晶および本発明の方法が実施可能である融解装置を概略的に示す図である。 異なる図において、図1の融解装置を示す図である。 多結晶の下端の様々な形状を示す図である。 1つの好ましい実施形態における本発明の方法の様々な段階を概略的に示す図である。 1つの好ましい実施形態における本発明の方法の様々な段階を概略的に示す図である。 1つの好ましい実施形態における本発明の方法の様々な段階を概略的に示す図である。 1つの好ましい実施形態における本発明の方法の様々な段階を概略的に示す図である。 1つの好ましい実施形態における本発明の方法の様々な段階を概略的に示す図である。 1つの好ましい実施形態における本発明の方法の様々な段階を概略的に示す図である。 1つの好ましい実施形態における本発明の方法の様々な段階を概略的に示す図である。 1つの好ましい実施形態における本発明の方法の一時的なシーケンスを示す図である。
本発明の実施形態
多結晶100、および本発明の方法が実施可能である融解装置300が、図1aの側面図に概略的に示される。ここで、融解装置300は、たとえば、対応する線を介して接続される駆動ユニット320によって、高周波にしたがって駆動または動作可能である、インダクタまたは誘導コイル310を有する。
この融解装置300は、単結晶の引上げのために設置されるプラントの一部であり得る。この種のプラントは、インダクタ310のための対応する保持装置、単結晶100、ならびにカメラ351,352および353も有し得る。さらに、この種のプラントは、他の構成を制御するための算術ユニット(図示せず)を有し得る。
特にシリコンを含み得るまたはシリコンからなり得る多結晶100は、主にロッド形状または円筒形である。本願では一部のみが示される、ロッド形状または円筒形の領域において、多結晶100は、たとえば160mmであり得る直径dを有する。しかしながら、その下端において、多結晶100は、円錐形状であり、したがって円錐セクション110を有する。さらに、円錐セクション110は、その下端において平坦な端部を有する場合、プラグ111とよばれるものを同様に有し得ることが確認できる。
たとえば4〜7mmであり得る直径dを有する核140も見られる。核は、同様にロッド形状または円筒形の形態であり得る単結晶を備える。
図1bにおいて、図1aの融解装置300は、多結晶100を有しないが、異なる図で、この場合には平面図で示される。ここでは、−融解動作の間、およびその後液化状態において−多結晶が案内される、インダクタ310の中央部の凹部または穴がはっきりと見られる。
特にここでは、融解装置の機能のために、より特定的には電磁エネルギの発生のために有利な、主要スロット311および3つの補助スロット312が見られる。確認できるように、主要スロット311のために、インダクタは閉じていない。
円錐セクション110およびプラグ111を有する、図1aの多結晶100の下端が、図2にも示される(上部)。比較のために、加工されていないがその代わりにたとえば−未完了の−融解動作によって生じる多結晶の下端または円錐セクションが、追加で示される(下部)。この例では、確認できるように、円錐セクションおよびプラグ111’は、若干異なる形状である。
この異なる形状は、融解することおよび再び固化することの結果として生じる。この場合、特に、プラグの基部Pは、多結晶に固有の場所への転移を受け得る。しかしながら、形成されることとなる円錐セクションへの移行の質を最大化するために、多結晶の速度が減少される場合、融解装置300からのこの場所または基部Pの距離を精密に規定することが維持されることとなるだろう。
図3a〜図3gは、1つの好ましい実施形態における本発明の方法の異なる段階を概略的に示す。上記方法のプロセスは、図3a〜図3g、および時間tにわたる個々の段階の多結晶の速度vおよび核の速度vを示す図4を参照して、以下により詳細に明らかにされる。
第1段階Pでは、多結晶100は、まずインダクタ310またはその中央の凹部まで持ち込まれる。この目的のために、たとえば、多結晶は、一定の速度で下降される。ここで、核140は、まだ動かされる必要はない。ここで示される向きに反して、多結晶100は、多結晶100への電磁エネルギのより効率的な結合を可能にするために、インダクタ310の内縁の近くに持ち込まれてもよい。
したがって、多結晶100は、その下端において融解し始め、それ故に円錐セクションの下端を含む。この場合、図3aで確認できるように、多結晶から垂下する液体材料の液滴120が形成される。ここでおよび以下の図において、液体材料はハッチングで示される一方、固体材料は白またはハッチングなしで示される。
この第1段階Pでは、多結晶100の切替位置を決定することが可能である。多結晶100の切替位置は、多結晶100が融解装置300に対して動かされる速度が減少されることとなる位置である。切替位置に関しては、この点で同様に図3eが参照され得る。
これに関して、示される例では、例として本願ではインダクタ310上に規定された場所に対応する固定参照点Pに対する、多結晶100の円錐セクションの下端、この例では(部分的に融解された)プラグ、すなわち液滴120の基部における、多結晶に固有の場所Pで、距離dが測定される。これは、図1aに示されるカメラの1つ、より特定的にはカメラ351または353を用いて行われ得る。場所Pは、特にその固有の直径から認識され得る。
さらに、融解装置300のそれに対する多結晶100の中間位置が決定される。示される例では、この中間位置は、固定参照点Pからの、多結晶100を移動可能である下降または引抜き装置350の規定された位置の距離hに対応する。この種の距離hは、任意の所望の代替的な参照点に対して決定されてもよいことが理解される。なお、特に、原則として、(固定的に設置された下降または引抜き装置に対する)多結晶の現在位置は、下降または引抜き装置350自体によって出力され得る。
この中間点またはこの距離hから、切替位置h’が決定される。切替位置h’は、たとえば場所Pが固定参照点Pから規定された距離d’を有する位置である。図3aから確認できるように、この種の切替位置は、位置または距離hから非常に容易に決定されることができる。
距離dを測定する代わりに、−既に述べられたように−前もって距離dを規定し、その後場所Pがこの距離に到達するまたはこの距離を通過するまでこの規定された距離をモニタリングすることも可能である。比較を容易にする目的のためにのみ、図において、2つの距離、すなわち場所に対して決定された距離および予め決められモニタリングされた距離が同一であることが理解される。
第2段階Pでは、図3bで確認できるように、核140が、その後、多結晶100の下端、すなわち液体材料の液滴120に付着され、核140の上端から融解される。この目的のために、核は、まず多結晶100に向かって、言い換えれば上方向に、所定の速度で、たとえば多結晶100が静止し得る間、動かされる。この場合の核140の融解は、一般に、核140の温度が液体材料の温度に等しくなってはじめて始まる。
図3cで確認できるように、核140が多結晶100の下端の液体材料の液滴に付着され、それとともに融解されたとき、多結晶100および核140は接合して上方向に動かされる。この場合、予備の核141も多結晶100の下端に形成される。核は、その後、たとえば核がインダクタ310の穴の方向に動かされることによって、5〜20mmの間の、その長さのある領域にわたって融解され得る。
しかしながら、核140の下端のある領域は、このセクションが引上げ装置における固定のために(前述のプラントの一部として)必要とされるため、融解されないことが理解される。
第3段階Pでは、その後、核140の下方セクションと多結晶100との間(すなわち、依然として固体であり、まだ融解されていない多結晶の部分)において、薄いネックセクションが形成される。たとえば2〜4mmの薄いネックセクションの直径dは、核140の直径よりも小さい。この目的のために、多結晶100および核140は、まず、同時に、すなわち同じ速度で下方向に動かされる。
核140の下降速度は、その後、多結晶100の下降速度に対してある時点で増加される。したがって、液体材料またはその後結晶化する材料のゾーンの直径は、質量保存によって減少する。図3dでは、たとえば、ある長さを有する薄いネックセクションがすでに形成されている。
第4段階Pでは、図3eおよび図3fで確認できるように、薄いネックセクションと多結晶100との間において、円錐セクション135が形成されることが可能となる。この種の円錐セクション135は、図3gで確認できるように、薄いネックセクションの直径から、製造されることとなる単結晶150のたとえば200mmの所望の直径dまで、直径を広げるために役立つ。円錐セクションは、ここで、傾斜角度φを有する。
円錐セクション135の形成、すなわち直径の増加の開始は、対応する量の材料を融解可能とするために、融解装置300に対して多結晶100が動かされるまたは下降される速度量の減少を必要とする。これは、図4において、段階Pに示される最終速度変化から明らかである。
液体材料と固体材料との間の相境界は大きな直径を有する領域に位置し、直径にわたって広範囲に延在する一方、相境界は前もって予備の核の比較的薄い領域のみに位置する。その結果、はじめは迅速な移行を進めるために比較的高い速度が望まれる一方、後に、過剰な相境界を考慮して円錐の理想に近い形成に関する困難性を伴い得る過剰量の材料を融解させないように、比較的低い速度が望ましい。
この速度減少は、多結晶100が予め決定された切替位置h’に位置する時点で起こる。図3eでは、この切替位置は、図3aの位置または距離hの場合と同様に、固定参照点Pに対する距離h’で表される。したがって、この距離h’に達するとき、固有の場所Pは、参照点Pから所望の距離d’を有する。この距離d’は、所望の円錐セクション135を形成するように、予め決められた速度減少で、最大可能正確度で所望の材料量の多結晶100が融解される理想に近い距離を規定する。この種の速度減少は、規制の必要がないため、非常に容易に自動化されることができる。

Claims (7)

  1. 多結晶(100)が電磁融解装置(300)によって融解され、その後再結晶化される、FZ法によって単結晶(150)を引き上げる方法であって、
    第1段階(P)で、前記多結晶(100)の下端を前記融解装置(300)によって融解することを備え前記多結晶(100)の下端は円錐セクション(110)を含み、
    第2段階(P)で、単結晶の核(140)を前記多結晶(100)の前記下端に付着し、前記単結晶の核(140)を前記核(140)の上端から融解することと、
    第3段階(P)で、前記核(140)の下方セクションと前記多結晶(100)との間に、薄いネックセクション(130)を形成することを備え、前記薄いネックセクション(130)の直径(d)は前記核(140)の直径(d)よりも小さく、前記方法はさらに、
    第4段階(P)で、前記薄いネックセクション(130)と前記多結晶(100)との間に、前記単結晶の円錐セクション(135)が形成することを備え
    前記第4段階(P)に達する前に、前記多結晶(100)の切替位置(h’)を決定し、前記切替位置(h’)は、前記多結晶(100)が前記融解装置(300)に対して動かされる速度が減少されることとなる位置であり、前記切替位置(h’)は、
    前記多結晶に固有で、かつ固定参照点(P)に対して前記多結晶(100)の円錐セクション(110)の下端に配置される場所(P)の距離(d)を測定することによって決定され、前記切替位置(h’)は、前記距離(d)および中間位置(h)から決定され、または、
    前記多結晶の中間位置(h)を決定することによって決定され、前記中間位置(h)は、前記多結晶に固有で、かつ前記多結晶(100)の円錐セクション(110)の下端に配置される場所(P)が、前記多結晶(100)の移動の間に、固定参照点(P)に対して予め決められた距離(d)に到達するまたは予め決められた距離(d)を超過する位置であり、前記切替位置(h’)は、前記中間位置(h)から決定され、
    前記第4段階(P)で、前記多結晶(100)が前記融解装置(300)に対して下降する前記速度を、前記切替位置(h’)に達するときに減少する、方法。
  2. 前記多結晶(100)に固有の前記場所(P)を、前記多結晶(100)直径基づいて決定することを含む、請求項1または請求項2に記載の方法。
  3. 前記多結晶(100)の前記円錐セクション(110)の前記下端における前記多結晶(100)に固有の前記場所(P)は、前記多結晶(100)の前記円錐セクションの傾斜角度が所定値よりも大きく変化する場所を備える、請求項1または請求項2記載の方法。
  4. 前記多結晶(100)に固有の前記場所(P)を、前記融解装置(300)の上方に配置されるカメラ(351)を用いて捕捉することを含む、請求項1から請求項のいずれかに記載の方法。
  5. 前記切替位置(h’)を、前記第1段階(P)および/または前記第2段階(P)で決定することを含む、請求項1から請求項のいずれかに記載の方法。
  6. 前記多結晶(100)が前記融解装置(300)に対して動かされる速度は、前記減少の前において、0.5mm/分以上であり、前記減少の後において、0.5mm/分未満である、請求項1から請求項のいずれかに記載の方法。
  7. 前記速度の前記減少の前後において、前記多結晶(00)を、記融解装置(300)に対するターゲット曲線にしたがって動かすことを含む、請求項1から請求項のいずれかに記載の方法。
JP2019565056A 2017-02-15 2018-02-13 Fz法によって単結晶を引き上げるための方法 Active JP6899176B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017202413.5 2017-02-15
DE102017202413.5A DE102017202413A1 (de) 2017-02-15 2017-02-15 Verfahren und Anlage zum Ziehen eines Einkristalls nach dem FZ-Verfahren
PCT/EP2018/053479 WO2018149797A1 (de) 2017-02-15 2018-02-13 Verfahren und anlage zum ziehen eines einkristalls nach dem fz-verfahren

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2020507553A JP2020507553A (ja) 2020-03-12
JP6899176B2 true JP6899176B2 (ja) 2021-07-07

Family

ID=61231242

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019565056A Active JP6899176B2 (ja) 2017-02-15 2018-02-13 Fz法によって単結晶を引き上げるための方法

Country Status (9)

Country Link
US (1) US11021808B2 (ja)
EP (1) EP3583248B1 (ja)
JP (1) JP6899176B2 (ja)
KR (1) KR102271790B1 (ja)
CN (1) CN110291231B (ja)
DE (1) DE102017202413A1 (ja)
DK (1) DK3583248T3 (ja)
TW (1) TWI671437B (ja)
WO (1) WO2018149797A1 (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017202413A1 (de) * 2017-02-15 2018-08-16 Siltronic Ag Verfahren und Anlage zum Ziehen eines Einkristalls nach dem FZ-Verfahren
JP2022149310A (ja) * 2021-03-25 2022-10-06 Tdk株式会社 結晶製造方法、結晶製造装置、及び単結晶

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6337004A (ja) 1986-07-30 1988-02-17 極東開発工業株式会社 塵芥収集車の制御装置
US5108720A (en) * 1991-05-20 1992-04-28 Hemlock Semiconductor Corporation Float zone processing of particulate silicon
JP2785585B2 (ja) * 1992-04-21 1998-08-13 信越半導体株式会社 シリコン単結晶の製造方法
JP2874722B2 (ja) * 1993-06-18 1999-03-24 信越半導体株式会社 シリコン単結晶の成長方法及び装置
JPH0977588A (ja) * 1995-09-13 1997-03-25 Komatsu Electron Metals Co Ltd 浮遊帯域溶融法における晶出結晶径の自動制御方法およびその装置
JP3601280B2 (ja) * 1997-12-25 2004-12-15 信越半導体株式会社 Fz法による半導体単結晶の製造方法
JP4016363B2 (ja) * 1998-07-28 2007-12-05 信越半導体株式会社 浮遊溶融帯域制御装置及び制御方法
JP4407188B2 (ja) * 2003-07-23 2010-02-03 信越半導体株式会社 シリコンウェーハの製造方法およびシリコンウェーハ
JP5485136B2 (ja) 2007-04-13 2014-05-07 トップシル・セミコンダクター・マテリアルズ・アクティーゼルスカブ 単結晶を製造する方法及び装置
JP2010076979A (ja) * 2008-09-26 2010-04-08 Sumco Techxiv株式会社 Fz法半導体単結晶製造時の測量方法、測量システム、fz法半導体単結晶製造時の制御方法、制御システム
JP2011037640A (ja) 2009-08-06 2011-02-24 Canon Machinery Inc 単結晶育成装置及び単結晶育成方法
JP2011157239A (ja) * 2010-02-03 2011-08-18 Toyota Motor Corp シリコン単結晶の製造方法およびシリコン単結晶のインゴット
DE102010040464A1 (de) 2010-09-09 2012-03-15 Wacker Chemie Ag Verfahren zur Herstellung eines versetzungsfreien einkristallinen Stabes aus Silicium
DE102012108009B4 (de) 2012-08-30 2016-09-01 Topsil Semiconductor Materials A/S Modellprädiktive Regelung des Zonenschmelz-Verfahrens
CN103436951A (zh) * 2013-08-27 2013-12-11 天津市环欧半导体材料技术有限公司 一种区熔硅单晶的拉制方法
JP6318938B2 (ja) * 2014-07-17 2018-05-09 株式会社Sumco 単結晶の製造方法及び製造装置
JP6319040B2 (ja) * 2014-10-24 2018-05-09 株式会社Sumco 単結晶の製造方法及び製造装置
DE102017202413A1 (de) * 2017-02-15 2018-08-16 Siltronic Ag Verfahren und Anlage zum Ziehen eines Einkristalls nach dem FZ-Verfahren

Also Published As

Publication number Publication date
EP3583248A1 (de) 2019-12-25
CN110291231B (zh) 2021-11-02
EP3583248B1 (de) 2020-06-24
US11021808B2 (en) 2021-06-01
CN110291231A (zh) 2019-09-27
TW201831739A (zh) 2018-09-01
WO2018149797A1 (de) 2018-08-23
DK3583248T3 (da) 2020-09-14
KR20190104383A (ko) 2019-09-09
TWI671437B (zh) 2019-09-11
KR102271790B1 (ko) 2021-07-01
US20190352795A1 (en) 2019-11-21
DE102017202413A1 (de) 2018-08-16
JP2020507553A (ja) 2020-03-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6318938B2 (ja) 単結晶の製造方法及び製造装置
KR101901308B1 (ko) 실리콘 융액면의 높이위치의 산출방법 및 실리콘 단결정의 인상방법 그리고 실리콘 단결정 인상장치
JP6899176B2 (ja) Fz法によって単結晶を引き上げるための方法
CN108138353B (zh) 单晶的制造方法
KR20150107241A (ko) 잉곳 제조 방법 및 잉곳 제조 장치
JP6889170B2 (ja) 単結晶の引上げの間に単結晶の直径を決定および調節するための方法
JP4677882B2 (ja) 半導体結晶の製造方法及び半導体結晶の製造装置
JP6319040B2 (ja) 単結晶の製造方法及び製造装置
JP6900512B2 (ja) Fz法によって単結晶を引き上げるための方法およびプラント
JP6880208B2 (ja) Fz法によって単結晶を引き上げるための方法
JP6540583B2 (ja) 単結晶の製造方法および装置
JP6604440B2 (ja) 単結晶の製造方法及び装置
JP6988461B2 (ja) 単結晶の製造方法及び製造装置
JPS6287482A (ja) 単結晶製造装置
JP2018002517A (ja) 種結晶保持ジグ及びこれを用いた結晶育成装置

Legal Events

Date Code Title Description
A529 Written submission of copy of amendment under section 34 (pct)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A529

Effective date: 20191003

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20191003

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20201014

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20201104

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210201

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20210511

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210609

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6899176

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150